Il changea de siège à plusieurs reprises, avant d’occuper son emplacement actuel au 21 calle del Prado. L’immeuble moderniste qui aujourd’hui abrite son siège social est l’œuvre des architectes Enrique Fort y Luis Landecho. La décoration de certains de ses salons (Salón de Actos et Salón inglés) avec des peintures modernistes fut confiée à Arturo Mélida, qui les transforma en un véritable joyau artistique.
L’Ateneo accueillit six présidents du gouvernement, tous les Prix Nobel espagnols, les grandes figures politiques de la Seconde République espagnole et les plus célèbres intellectuels de différentes générations littéraires. Bien que les dictatures de Primo de Rivera et de Franco au xx siècle portèrent préjudice au fonctionnement de l’Ateneo, il est toujours un lieu culturel de référence.
Ses statuts le définissent comme une société « scientifique, littéraire et artistique », avec la triple fonction d’académie, institution d’enseignement et cercle littéraire.