Первый мультик, вышедший на киностудии, назывался «В Африке жарко». Через год появились и цветные мультфильмы. В 1947 году был выпущен первый полнометражный рисованный фильм «Конек-Горбунок».

В 1953 году было организовано Объединение кукольных фильмов. Первый его успехом стал мультик «Карандаш и Клякса – веселые охотники».

В 1960-1970-х годах выходит созвездие фильмов-сериалов с постоянными персонажами: «Маугли», «Малыш и Карлсон», «Умка», «Ну, погоди», «Бременские музыканты», «Винни Пух», «Крокодил Гена» и другие.

К середине 1980-х годов производство советской анимации резко сократилось. В декабре 1989 года «Союзмультфильм» был преобразован в арендное предприятие, а позднее на его базе создано акционерное общество открытого типа «Союзмультфильм».

В июне 1999 года по распоряжению Правительства РФ студия была восстановлена в своем первоначальном статусе и зарегистрирована как ФГУП «Киностудия «Союзмультфильм». На студии был организован художественный совет, в который вошли крупнейшие деятели российской анимации.