A história do Cine Segall começou em 1972, com um convênio entre o Museu Lasar Segall e a Cinemateca Brasileira, em que o Museu cedia espaço para programação e armazenamento de películas. As primeiras projeções aconteceram em 1973, inicialmente destinadas a funcionários de uma empresa vizinha em horário de almoço, mas logo se expandiram para o público geral, com sessões regulares aos fins de semana.
A programação sempre oscilou entre filmes populares e cinema de arte, com foco no cinema brasileiro, latino-americano e independente — que produziu mostras como "A Marginalidade do Cinema Brasileiro" (1975), "Marginalidade no Cinema Estrangeiro" (1975), "Quinzena do Cinema Marginal Brasileiro" (1978) e "Cinema Marginal" (1984).
O Museu abrigou mostras de cineastas consagrados, como Serguei Eisenstein (acompanhada da exposição de fotos e desenhos do cineasta), em uma época de repressão: "Encouraçado Potemkin" não foi exibido devido a um veto específico da censura.
Também promoveu intercâmbios culturais com instituições nacionais e internacionais — Centro Cultural São Paulo, Federação Paulista de Cineclubes, faculdades da Universidade de São Paulo e da Universidade de Campinas, Embrafilme, Filmoteca Shell, embaixada e consulados (como o da França e do Canadá), Associação Brasileira de Documentaristas, Cinema Distribuição Independente e Instituto Goethe. Esse intercâmbio continua até hoje.
Em meados dos anos 1980, eram os frequentadores que definiam os filmes em cartaz. Na Oficina de Programação, discutiam e organizavam as mostras com a programadora da Divisão de Cinema, Hilda Machado. Alguns destaques foram "O Cinema Histórico Brasileiro", "Bergman e o Jornalismo", "Ciclo Fassbinder", "A Figura Humana", "Ciclo da Bitola Alternativa" e "Ciclo para mais Amar Herzog", este último contando com a presença do próprio diretor.
A partir de 1985, a programação seguiu com foco no cinema brasileiro e alternativo, enquanto o Museu buscava se adaptar às transformações do circuito cinematográfico, tentando equilibrar a exibição de filmes de qualidade com a atração de diferentes públicos, mantendo o compromisso de oferecer ingressos gratuitos e sessões cuidadosas. Exemplos de mostras do período são "O Novo Cinema de Taiwan", "A Classe Operária vai ao Cinema","O Cinema de Vichy - A França durante a Ocupação", "Alexander Kiuge", "Marcello Mastroianni" e uma dedicada a filmes cubanos.
Em 2017, o Museu executou projeto de modernização da sala, que incluiu a instalação de projetor e som digitais (som 7.1 Dolby Surround), nova tela e novos assentos.
*Com trechos de Adriano Monteiro Schmid para "Museu Lasar Segall: históricos, análises, perspectivas" (1992)
