С осени 1902 года театр начал работать в здании в Камергерском переулке. Театр домовладельца Лианозова был перестроен на средства Саввы Морозова архитектором Фёдором Шехтелем, при участии Ивана Фомина и Александра Галецкого, за три летних месяца 1902 года. Проект реконструкции Шехтель выполнил безвозмездно: он отказался обсуждать вопрос оплаты ещё на стадии переговоров. Оформление интерьеров, освещение, орнаменты, эскиз занавеса со знаменитой эмблемой Художественного театра, — летящей над волнами чайкой, также принадлежит Шехтелю. Правый подъезд театра украшает гипсовый горельеф Анны Голубкиной «Волна».
Шехтель разработал проект поворотного круга сцены, спроектировал вместительные подсценические трюмы, карманы для хранения декораций, раздвижной занавес взамен поднимающегося. Зрительный зал был рассчитан на 1 200 мест.