Le premier studio, qu'il décrivait comme la "réunion d'un studio de photographie et d'un théâtre", reprenait l'idée d'une serre lumineuse, héritée des photographes depuis les années 1860. Le studio des loges, des scènes et jusqu'à la fosse profonde de trois mètres d'où émergeait la galerie de monstres que le cinéaste imaginait, créait pour les besoins de ses scénarii, tous plus extravagants, délirants les uns que les autres. De plus, ses dimensions correspondaient exactement à celles du Théâtre Robert-Houdin, qui mesurait 17 mètres sur 6, et dont la scène occupait un espace de 5 x 4 mètres.
Il fait construire en 1896, une grande salle vitrée au milieu du jardin potager de sa propriété de Montreuil qu'on considère comme le premier studio de cinéma du monde et nomme cette construction « atelier de prises de vues cinématographiques ». Il fonde également la Star Film qui devient le premier studio avec scène, décor, acteurs et surtout avec une machinerie très étudiée fourmillant de poulies, treuils et autres trappes et y entasse des objets encombrants : hélicoptère, ballon dirigeable, tramway, locomotive.
500 films environ y seront tournés et seront coloriés à la main image par image. En 1923, il doit fermer le théâtre et vendre sa propriété de Montreuil pour faire face à de lourdes dettes. Dans un excès de colère Méliès brûle la moitié de son stock (plus de 4 000 bandes) et vends l'autre à des marchands forains.