Las obras del Capitolio comenzaron el 20 de julio de 1848, por ley expedida por el presidente Tomas Cipriano de Mosquera. En aquella fecha se puso la primera piedra con la bendición del arzobispo de Bogotá Manuel José Mosquera (hermano del presidente Tomás Cipriano) y en presencia de todas las autoridades civiles. Las obras de construcción duraron 78 años y diversos arquitectos vieron su cargo. Su autor, Thomas Reed , dirigió la construcción hasta 1851 , cuando se suspendió por la guerra civil. En febrero de 1870 se inició la segunda fase de trabajos a cargo de Francisco Olaya, antiguo maestro de obra de Thomas Reed y director de Obras Públicas. El 1 de abril de 1874los salones de las Cámaras del Congreso se habilitaron y se comenzaron a utilizar a pesar de que aún estaban en proceso de construcción, justamente en esa fecha el presidente Manuel Murillo Toro dio investidura en el Salón Elíptico a su sucesor Santiago Pérez , quien fue el primer mandatario que se posesionó en dicho recinto. En 1881 continuó la labor del italiano Pietro Cantini , quien añadió algunas reformas en el frontis diseñado originalmente por Reed. El poeta Rafael Pombo publicó una serie de críticas acerca de dichas reformas en el diario El Conservador del 29 de septiembre de 1881 Cantini continuó en la dirección de las obras hasta 1885, cuando la guerra civil las dejó sin presupuesto. Los trabajos se reanudaron en 1891 bajo la dirección de Antonio Clopatofsky, quien estuvo al frente durante un año, basado en los planos de Cantini.
En 1904 el mismo Pietro Cantini presentó unos nuevos planos y evaluaciones para la obra del Capitolio. El 11 de abril de 1905 se realizó un contrato para la instalación de energía eléctrica en el edificio. Cantini retomó la dirección de las obras entre 1906 y 1908 , periodo en el que se apuntalaron los techos, se mejoró la entrada al costado sur, se revisó el drenaje de la edificación, se apartó el alquitrabe construido entre las pilastras del frontis y se cambió el techo antiguo. El 11 de febrero de 1908 renunció Cantini a las obras por su delicado estado de salud y quedó a cargo del arquitecto bogotano Mariano Santamaríapor solicitud del presidente Rafael Reyes ; en su labor, Santamaría abrió el costado sur, levantó las columnas del patio interior, el frontón y el pórtico. Entre 1911 y 1919 asumió la dirección de los trabajos el francés Gastón Lelarge , quien demolió el pórtico construido por Santamaría y lo reemplazó por el actual, construyó los salones legislativos y las dependencias interiores y construyó las escalinatas exteriores. En su intervención, el arquitecto francés Gastón Lelarge puede agregar una gran cúpulacentral, idea que no tuvo acogida; pues desde el comienzo predominó la tendencia hacia la horizontalidad de la construcción entre otras cosas para no competir con la altura de la Catedral . La ornamentación de la construcción fue realizada por el suizo Luigi Ramelli , incluyendo los mascarones y las cornisas que decoran el edificio, y posteriormente concluida por el escultor italiano Césare Sighinolfi .