L’Ateneu, cap a l’any 1901 o 1902, comença a projectar vistes cinematogràfiques en els entreactes de les funcions teatrals, acompanyades de melodies a piano. La sala de cinema es va inaugurar l’any 1906 i estava instal·lada al mateix teatre, que va viure l’inici del cinema sonor i l’arribada del color. 

L’1 de setembre del 1910 es concedeix l’explotació del teatre i els passis de cinema a una empresa i l’Ateneu es reserva diverses dates. L’any 1923 es va adquirir una màquina Gaumont i el 1926, una màquina de projeccions per a il·lustrar les conferències de la Comissió de Cultura. 

El cineclub Ateneu va fer la seva primera projecció oficial el mes de febrer de 1980, amb La grande bouffe, presentada per Miquel Porter i Moix. 

Avui, l’Ateneu disposa de dues sales de cinema —la petita i la gran— situades al primer pis.