La participación del Banco de Bilbao con grandes capitales en la construcción de la Gran Vía, conjuntamente con otras actividades financieras vinculadas a la capital, llevaron al ente bancario a establecer en Madrid una nueva sede. En 1919 se convocó un concurso público de proyectos para la construcción del nuevo edificio, resultando ganador el del arquitecto Ricardo Bastida y Bilbao, quien también se haría cargo de las obras entre 1920 y su conclusión tres años después.
La irregularidad del solar obligó a disponer dos edificios que quedarían unidos por una rotonda cubierta y decorada con vidrieras murales, mientras que la fachada principal, de triple crujía, se compuso con columnas, capiteles y entablamentos de órdenes clásicos gigantes, estética que venía repitiéndose en la construcción de edificios bancarios como el que realizaron Palacios y Otamendi para el Banco Central en la calle de Alcalá, 49.
De este nuevo edificio del Banco de Bilbao destacan la bella factura y maestría de las vidrieras y murales de la rotonda central, obra de Aurelio Arteta; también merecen especial atención las esculturas de la fachada de Quintín de la Torre y, sobre todo, las dos cuádrigas monumentales que coronan ambos torreones del edificio, realizadas en bronce por Higinio de Basterra.
Entre 1975 y 1981 el arquitecto Pedro Bidagor Lasarte amplió el edificio por la calle de Sevilla, siguiendo los esquemas arquitectónicos del edificio original y de su fachada principal.