Am 17. Oktober 1936 hat der Oberbürgermeister der Stadt Köln den ersten Spatenstich zum Kölner Markthallenneubau auf dem Gelände am Bonntor vorgenommen. Es mussten auf dem Areal von damals 78.000 Quadratmetern umfangreiche Planierungsarbeiten durchgeführt werden, 18.000 Quadratmeter Fahrbahnen, 20.000 Quadratmeter Umschlagplätze, 5.500 Quadratmeter Parkplätze und 8.000 Quadratmeter Straßenfläche wurden geschaffen.
Seit dem wuchs die belegte Gesamtfläche durch die Zusammenlegung von städtischem und privatem Gelände von 78.000 auf heute rund 150.000 Quadratmeter.
Am 1. November 1940 zog der Kölner Großmarkt dann mit seinen Obst- und Gemüsegroßhändler*innen von der Innenstadt (damals waren die Markthallen am Heumarkt, auf dem Gelände des heutigen Maritim Hotels) in die Peripherie der Stadt, an das Bonntor. Von dort bestand eine direkte Verbindung zum Güterbahnhof und zum Vorgebirge sowie den vorgelagerten Teilen der Kölner Bucht.
Die Kölner Großmarkthalle beeindruckte damals als Bauwerk von besonderer Größe. Am 21. Mai 1939 wurde Richtfest des 132 Meter langen Gewölbebaus mit einer Spannweite von 57 Metern und einer Scheitelhöhe von 22 Metern gefeiert. Als ästhetisch besonders gelungenes Bauprojekt gilt es wegen seiner Schalenbauweise. Die Bautechnik mit Shedschalenüberdachung ist in den 1920er und 1930er Jahren von der Dyckerhoff und Widmann AG entwickelt worden und
stellt vor allem in Köln, eine besonders schöne und eigenwillige Lösung dar,
wie der Chronist Gert von Klass in der Dyckerhoff und Widmann-Firmengeschichte schrieb.
Das Schalendach der Halle überspannt eine stützenfreie Fläche von 7.500 Quadratmetern, 57 Meter breit ist der 22 Meter hohe Bogen. Die Schale selbst ist nur 8 Zentimeter dick. Sie wird getragen durch die im Abstand von 16,5 Metern stehenden Eisenbeton-Bögen und wird durch je vier Rippen zwischen den Bögen ausgestellt. Eine sorgfältige Bauausführung mit besonders geringem Verbrauch an Stahl und Beton, was zur damaligen Zeit wegen knapper Materialien besonders wichtig war, hat für die Beanspruchungen der nun bereits über acht Jahrzehnte andauernden störungsfreien Nutzung gesorgt. Erst in 2009/2010 war eine Kompletterneuerung der Dachhaut erforderlich, um die Baufestigkeit bei Stürmen sicherzustellen.
Weitere Instandsetzungsmaßnahmen betrafen die Elektroanlagen und die Inbetriebnahme einer zeitgemäßen Brandschutzeinrichtung. Im Übrigen steht das Gebäude heute unter Denkmalschutz.
Neben der Haupthalle wurde bereits am 30. August 1937 die Versteigerungshalle im Großmarktgelände fertig gestellt und durch die "Erzeugergroßmarkt Köln landwirtschaftliche Produkte eGmbH" in Betrieb genommen. Genau 40 Jahre später fand die letzte Versteigerung auf dem Kölner Großmarkt statt. Danach übernahm die neue Versteigerungsanlage in Roisdorf diese Aufgabe. Die "Alte Versteigerungshalle" ist heute eine attraktive, unter Denkmalschutz gestellte Eventhalle in privater Regie.