พื้นที่ของศูนย์การค้าเป็นที่ตั้งเดิมของพระราชวังปทุมวัน และวังเพ็ชรบูรณ์ ซึ่งเป็นวังที่ประทับของสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้าจุฑาธุชธราดิลก กรมขุนเพ็ชรบูรณ์อินทราไชย ภายหลังเจ้าของวังสิ้นพระชนม์ ในปี พ.ศ. 2475 เกิดการเปลี่ยนแปลงการปกครอง วังหลายแห่งถูกยึดเข้ารัฐ รวมถึงวังเพ็ชรบูรณ์ด้วย[2] แต่อยู่ในกรรมสิทธิ์ของสำนักงานทรัพย์สินพระมหากษัตริย์มาโดยตลอด[3] ต่อมาในปี พ.ศ. 2525 นายพงษ์พันธ์ สมนวน ได้ขอเช่าที่ดินผืนนี้เพื่อก่อสร้างห้างสรรพสินค้าขนาดใหญ่ในชื่อ เวิลด์เทรดเซ็นเตอร์

นับตั้งแต่ทำสัญญาเช่า เวิลด์เทรดเซ็นเตอร์ประสบความล่าช้าในการก่อสร้างอยู่หลายครั้งจนกระทั่งต้องเลื่อนไปเปิดดำเนินการเมื่อปี พ.ศ. 2532 ประกอบด้วยตัวอาเขตและห้างสรรพสินค้าเซน ก่อนที่ห้างสรรพสินค้าอิเซตันจะเข้ามาเปิดดำเนินการใน พ.ศ. 2535 และเริ่มดำเนินการก่อสร้างส่วนต่อขยายเพิ่มเติมเพื่อให้โครงการแล้วเสร็จตามสัญญาที่ทำไว้ร่วมกับสำนักทรัพย์สินส่วนพระมหากษัตริย์ แต่ในปลายปี พ.ศ. 2545 บริษัทวังเพชรบูรณ์ประสบปัญหาทางการเงินและไม่สามารถดำเนินการก่อสร้างโรงแรมและอาคารสำนักงานให้แล้วเสร็จตามกำหนด สำนักงานทรัพย์สินพระมหากษัตริย์จึงได้ยกเลิกสัญญาเช่าและเปิดโอกาสให้บริษัทอื่นเข้ามาประมูลเพื่อบริหารศูนย์การค้า รวมทั้งพัฒนาพื้นที่และต่อเติมอาคารให้แล้วเสร็จตามข้อตกลงในคู่สัญญา โดยสำนักทรัพย์สินพระมหากษัตริย์ได้เปิดประมูลและปรับโครงสร้างจากเดิมด้วยวิธีการเปลี่ยนถ่ายสัญญาไปเป็นบริษัทที่ชนะการประมูล โดยมีผู้เข้าร่วมการประมูลครั้งนี้เป็น 2 ธุรกิจค้าปลีกหลักของไทยคือกลุ่มเซ็นทรัลและกลุ่มเดอะมอลล์ และเป็นกลุ่มเซ็นทรัลที่ชนะการประมูลดังกล่าว

ปัจจุบันโครงการนี้บริหารงานโดย บริษัท เซ็นทรัลพัฒนา จำกัด (มหาชน) หรือ ซีพีเอ็น ซึ่งเป็นบริษัทพัฒนาโครงการของกลุ่มเซ็นทรัล โดยในระยะแรกเป็นการปรับปรุงและต่อเติมอาคารสำนักงานในสมัยเป็นเวิลด์เทรดเซ็นเตอร์ที่ยังไม่แล้วเสร็จให้เสร็จสบูรณ์ จากนั้นจึงเริ่มปรับปรุงศูนย์การค้าโดยเปลี่ยนชื่อจากเดิมเป็น เซ็นทรัลเวิลด์พลาซา และสร้างทางเดินเชื่อม "เซ็นทรัลเวิลด์สกายวอล์ก" ซึ่งเป็นทางเชื่อมลอยฟ้าจากสถานีสยาม ซึ่งเป็นจุดตัดของรถไฟฟ้าบีทีเอสสายหลักทั้ง 2 สาย คือสายสุขุมวิทและสายสีลม ร่วมกับกรุงเทพมหานคร เพื่อรองรับลูกค้าที่คาดว่าจะมาใช้บริการเพิ่มขึ้นในอนาคต และได้ร่วมทุนกับกลุ่มผู้ประกอบการย่านการค้าบริเวณแยกราชประสงค์เพื่อสร้างทางเดินเชื่อม "ราชประสงค์สกายวอล์ก" จากสถานีชิดลมของสายสุขุมวิทมาจนถึงโครงสร้างเดิมที่ได้ก่อสร้างไว้บริเวณด้านหน้าศูนย์การค้าเกษรพลาซา

ต่อมาในปี พ.ศ. 2549 บริษัทได้มีการปรับปรุงภูมิทัศน์บริเวณโดยรอบทั้งหมด ต่อเติมโครงสร้างที่เหลือจากชั้นบนให้เป็นพื้นที่สำหรับลานกิจกรรม ก่อสร้างอาคารเซนเวิลด์ รวมทั้งภัตตาคารและส่วนโรงแรมซึ่งต่อเติมไปจากช่วงอิเซตัน และครั้งนี้ได้มีเปลี่ยนชื่อศูนย์การค้าอีกครั้งเป็น เซ็นทรัลเวิลด์ โดยสมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินทรงเปิดศูนย์การค้าด้วยพระองค์เองเมื่อวันที่ 8 พฤศจิกายน พ.ศ. 2550