Lorsqu'il ouvre son théâtre en 1845, J.-E. Robert-Houdin réalise son rêve le plus cher. Il crée une scène spécialement adaptée à ses « Soirées Fantastiques ». Véritable moment de poésie, sa mise en scène mélange science et illusion, musique et humour, automates et prestidigitation. En endossant un costume à queue de pie, il fait figure de gentleman de la magie blanche. Tout l'oppose à ces « sorciers » de foire qui effrayent le public avec des artifices pompeux et des phénomènes dits surnaturels. Cette ambiance si particulière plaît à un public très varié et fait le succès du théâtre Robert-Houdin. Plus qu'un lieu de divertissement, c'est une école de magie qu'il fonde à Paris. Dès l’hiver 1849, il prend Pierre Chocat dit Hamilton comme élève et l’initie à la magie et à l’administration du théâtre. Celui-ci lui succède définitivement en 1852. A cette époque le théâtre a déjà une grande renommée parmi les prestidigitateurs du monde entier. Être opérateur du théâtre Robert-Houdin est la meilleure garantie pour un illusionniste de devenir célèbre dans la profession. Ce succès du théâtre est dû au nom de Robert-Houdin, popularisé par ses tournées internationales et ses livres sur la magie, mais aussi aux différents directeurs qui s’y sont succédés. Après Hamilton, c’est Émile Robert-Houdin qui en reprend la direction (de 1873 à 1883), associé à Brunnet qui est resté célèbre pour son élégance et son adresse dans le tour de « la malle des Indes ». A la mort d’Émile, sa veuve confie la direction du théâtre à Dicksonn, puis à Harmington.

Mais c'est le dernier directeur du théâtre, qui fut le plus digne successeur de son fondateur. En 1888, la famille Robert-Houdin vend le théâtre à Georges Méliès (1861-1938). A la fois illusionniste, administrateur, décorateur, constructeur, metteur en scène et présentateur, il s’entoure des artistes les plus réputés. Tout d'abord Carelli, qu’il juge d’une habileté insurpassable, puis Jules Legris, qui fut aussi acteur dans ses films, avant d’exceller dans la prestidigitation. Mais, c’est comme pionnier du cinéma que Méliès entre dans la légende. Dans la tradition des « Fantasmagories », il fait des projections de lanternes magiques et pressent le potentiel d'une nouvelle invention, le cinématographe. Il parvient à obtenir de Louis Lumière un brevet pour animer des numéros et tourna environ un millier de films. Comme Jean-Eugène, c'est un inventeur et en transposant l’illusion des spectacles de magie au cinéma, il invente les « effets spéciaux ». Cette vision romantique de la science, présente chez J.-E. Robert-Houdin, a fortement influencé Georges Méliès, et ce n'est pas par hasard qu'il porte à l'écran le roman de Jules Verne « De la Terre à la Lune ». Lorsque la guerre éclate en 1914, elle provoque le déclin du théâtre. Créateur de génie, mais mauvais commerçant, Méliès est ruiné et doit fermer le théâtre qui est détruit en 1923 pour permettre le percement du boulevard Haussmann.