A kastélyegyüttes déli szárnyában - Grassalkovich I. Antal barátjának, gróf Migazzi Kristóf váci püspök, bécsi bíboros érsek lakosztálya helyén - Grassalkovich II. Antal herceg 1782 és 1785 között alakíttatott ki színházat. A kastélyszínház tehát hamarabb nyílt meg, mint a budai karmelita templomból 1787-ben Kempelen Farkas kezdeményezésére kialakított Várszínház, így az ország legrégebbi fennmaradt újkori kőszínháza.

A mintegy 100 fő befogadására alkalmas barokk színház ún. idényszínházként működött, amely csak a hercegi udvar gödöllői tartózkodása idején adott előadásokat. Pesti, budai, olykor győri színtársulatok léptek fel, a zenét a herceg 24 tagú állandó zenekara szolgáltatta.

A hátsó végfalat a karzatok foglalták el, kettős páholysorral a hercegi család és a házi tisztek számára. A nézőtérnek két bejárata volt, az egyik közvetlenül a kert a felől, a másik pedig a karzat alatt. A nézőtér és az előszínpad között helyezkedett el a zenekar úgy, hogy a nézők elláthattak a fejük felett a másfél méter magasságban kezdődő színpadra. A belső falakat - a teret perspektivikusan tágító - dekoratív, klasszicizáló későbarokk falfestések díszítik.

A kastélyszínházat a kiegyezés évében, az 1867-es munkálatok során szüntették meg, amikor is két födém behelyezésével - a királyi udvar igényeinek kielégítése miatt - teréből 15 szobát alakítottak ki. A színház ekkor meglévő egykori díszleteit, sok más berendezési tárggyal együtt, elárverezték.

Az 1986 őszén feltárt kastélyszínház Magyarország egyetlen megmaradt kulisszás rendszerű színháza, amely Európában is ritkaságnak számít. A felújítási munkálatok befejezésével, 2003. augusztus 8-án került sor a nyitóelőadásra, melyen Händel Julius Caesar című operáját mutatta be a Magyar Állami Operaház társulata.