Les origines de la Casa de Velázquez remontent au début du XX^e siècle. En 1909 avait été ouverte à Madrid une École des hautes études hispaniques, création de l’université de Bordeaux, destinée à accueillir de jeunes chercheurs français. Pendant la première guerre mondiale, d’autres projets allaient se faire jour. Le gouvernement français mobilisa intellectuels et artistes de renom au service d’une stratégie de rapprochement avec l’Espagne. En mai 1916, un voyage d’académiciens français fut décidé. Participaient à cette mission, entre autres, Étienne Lamy, secrétaire perpétuel de l’Académie française, Henri Bergson, qui venait d’entrer dans l’illustre compagnie, et Charles-Marie Widor, secrétaire perpétuel de l’Académie des beaux-arts. Ce dernier exprima le vœu, lors d’une conférence au cercle politique et littéraire de l’Ateneo, que des artistes français puissent compléter leur formation en Espagne.

Au terme d’une campagne menée par Pierre Paris - directeur de l’École des hautes études hispaniques et archéologue passionné par l’Espagne -, avec le ferme appui de Charles-Marie Widor, le roi Alphonse XIII choisit lui-même, dans ce qui allait devenir la Cité Universitaire de Madrid, un terrain de 20 000 m2 qui devait être cédé à la France en usufruit, par une loi de 1920, à condition qu’y fût construite une résidence pour de jeunes artistes et de jeunes chercheurs. On appellerait ce palais la Casa de Velázquez, peintre en vogue chez les académiciens des années 1920. La légende racontera plus tard que Velázquez aimait installer son chevalet sur cet emplacement, en face de la Sierra de Guadarrama.

Les premiers bâtiments furent inaugurés en 1928, et l’ensemble terminé en 1935. En première ligne lors de la bataille de Madrid (novembre 1936) durant la guerre civile espagnole, la Casa de Velázquez fut bombardée et partiellement détruite. Artistes et chercheurs s’installèrent d’abord au Maroc, à Fès. De retour à Madrid en 1939, la casa de Velázquez est logée dans les locaux du Lycée français, puis, à partir de 1940, dans un hôtel particulier de la rue Serrano. En 1959, au terme de quatre années de reconstruction, l’institution réintégra son site d’origine.

Entre temps, en 1943, elle passa sous la tutelle du ministère de l’Éducation nationale. L’époque glorieuse des pionniers s’achevait. Commençait alors une longue période de consolidation administrative et de diversification dans les domaines artistique et scientifique. En 2012, son bâtiment principal – dont les structures datent d’un demi-siècle – a fait l’objet de très importants travaux de mise en conformité et de réhabilitation immobilière, afin de moderniser son fonctionnement tout en restant fidèle à son histoire.

Depuis sa fondation, la Casa de Velázquez a été dirigée par Pierre Paris, François Dumas, Maurice Legendre, Henri Terrasse, François Chevalier, Didier Ozanam, Joseph Pérez, Jean Canavaggio, Gérard Chastagnaret, Jean-Pierre Étienvre et Michel Bertrand. En janvier 2022, Nancy Berthier, professeure d'arts visuels à la Sorbonne, est devenue la première femme à la tête de l'institution.