Первая линия, по которой курсировали два троллейбуса ЛК-1, пролегала от Белорусского вокзала до села Всехсвятское (ныне – район Сокол). С самого начала троллейбусы в Москве работали в характерном для большого города режиме – с 7 утра до полуночи. Первый троллейбусный парк открылся в 1935-м году, а уже в 1941-м их было три. К тому времени в Москве работали 17 троллейбусных маршрутов; город стал одним из мировых лидеров по количеству этого вида транспорта.
В военное время функционал московских троллейбусов был расширен: они использовались для перевозки грузов. Тогда же в столице появились предшественники современных троллейбусов с увеличенным автономным ходом – троллейкары, работающие как от контактной сети, так и от двигателя внутреннего сгорания. Они могли совершать поездки по улицам, не оборудованным проводами, а также работать на линиях с поврежденной контактной сетью.
В это же время Тушинский авиационный завод № 82 приступил к выпуску принципиально нового цельнометаллического троллейбуса, ставшего приметой своего времени – МТБ-82.
Бурное развитие столичной троллейбусной сети происходило в 1950-е годы. Для новых машин в 1962-м году был открыт 6-й троллейбусный парк в районе Алексеевской, а в 1964-м году – 7-й троллейбусный парк в Нагатино. Последний парк строился для грузовых троллейбусов, но стал эксплуатировать и пассажирские. 1960-е стали пиком развития троллейбусного хозяйства.
В 70-е-80-е годы были проложены новые линии во вновь строящиеся отдаленные жилые массивы – Новогиреево, Ивановское, Чертаново, Аннино, Тушино, Братцево, Бибирево, Крылатское, Выхино, Гольяново и другие. На заводе СВАРЗ начали выпуск сочлененных троллейбусов особо большой вместимости на базе кузова Икарус-280. В 1995-м году в столице действовали уже 184 электротяговые подстанции, троллейбусы работали на 85 маршрутах.
Первая новая троллейбусная линия в постсоветский период была открыта 15 сентября 2013 года. Она связала станцию метро «Юго-Западная» с конечной станцией на Озерной улице, пройдя по улицам Никулинской и Покрышкина.
В Москве каждый год проходят праздники троллейбуса, где горожане могут полюбоваться наиболее интересными экспонатами из истории столичного транспорта. В этом году праздник состоялся 1 октября. Более 40 тысяч человек посетили выставку на Фрунзенской набережной и своими глазами увидели уникальные образцы ретротехники.