L'étonnant bâtiment orange abritait originellement une piscine. De 1938 à 1977, elle accueille familles, établissements scolaires et nageurs avertis. Bijou d'innovation technique, cette dernière est conçue pour être chauffée par une usine d'incinération de déchets arrivant tout droit des logements de la cité-jardin de Châtenay-Malabry, cela grâce aux machines à brûler encore visibles dans la Salle des Machines, l'actuel espace restauration. À sa fermeture, la mairie met le bâtiment à la disposition de la troupe du Théâtre du Campagnol, de Jean-Claude Penchenat, comme entrepôt, puis comme lieu de répétition. Les pièces qui y sont conçues sont jouées dans des théâtres partenaires comme le Théâtre Firmin Gémier à Antony qui présente Le Bal en 1981.Cette même année, la compagnie du Théâtre du Campagnol devient "Centre Dramatique National de la banlieue sud" et d'importants travaux transforment enfin la piscine en salle de théâtre !
Mais il faudra attendre une nouvelle rénovation par l'architecte Nicolas Michelin pour lui donner son aspect actuel avec sa verrerie colorée, ses mosaïques et sa grande salle arachnéenne inspirée de "Maman", une sculpture de Louise Bourgeois. À la fin des travaux, en 2008, l'animation du Théâtre La Piscine est confiée à l'équipe du Théâtre Firmin Gémier et Marc Jeancourt en prend la direction.