Nach der zweiten Eingemeindung 1934 genügten die bisherigen Bäder am See und an den Flüssen nicht mehr. Nach der Eröffnung des Quartierbades Allenmoos 1939 schreib deshalb die Stadt Zürich 1942 einen Wettbewerb für ein zweites Quartierbad im Letzigraben aus. Aus 65 eingereichten Arbeiten wurde das Projekt von Max Frisch (1911-1991) ausgewählt.

In Zusammenhang mit Gustav Ammann, der als Gartenarchitekt bereits im Allenmoos beteiligt war, entstand ein Parkbad, in dem Architektur und Natur sehr stimmungssvoll miteinander verbunden wurden und dessen Charakter auch Jahrzehnte nach der Eröffnung erhalten geblieben ist. Das Freibad Letzigraben gilt heute als bedeutendster Bau des Architekten und Schriftstellers Max Frisch und als besonderer architekturgeschichtlicher und kultureller Zeuge unserer Stadt.

Frisch gruppierte die pavillonartigen Garderobenbauten geschickt entlang den Grundstücksrändern. So entstand eine grosszügige, von der Umgebung abgeschirmte Freifläche für den Badebetrieb. Die Bassins mit organischen Grundrissformen und halbinselartigen Ausbuchtungen liegen in einer sanft modellierten und parkartig ausgestalteten Umgebung. Die Anlage sollte der Quartierbevölkerung auch als Gartenersatz dienen und deren Lebensqualität verbessern. Der erlesene Gehölzbestand oder die Blumenbänder zur Abgrenzung der Bassins tragen wesentlich zu diesem Gartengefühl bei. Den höchsten Punkt der Anlage markiert der zweigeschossige Restaurantpavillon mit Panoramablick über die gesamte Anlage.

Das Projekt sah nebst den Schwimmer- und Nichtschwimmerbecken ein Schul- und Sportbecken mit einem Zehnmeter-Sprungturm vor. Obschon diese Anlagen kostspielig waren und deshalb zu grossen Diskussionen Anlass gaben, wurden sie realisiert. Das Freibad Letzigraben war somit das erste Quartierbad welches die Durchführung von internationalen Wettkämpfen ermöglichte. Der Zehnmeter-Sprungturm, auf welchen Max Frisch besonders stolz war, darf sich rühmen, der erste seiner Art in der Schweiz zu sein.

In mehreren Etappen in den fünfziger und siebziger Jahren wurden die zuvor offenen Garderoben zu geschlossenen Umkleidehallen umgebaut. Im Aussenraum wurden Natursteinbeläge asphaltiert, Zierteiche zugeschüttet oder Blumenrabatten durch pflegeleichtere Gehölzpflanzungen ersetzt.

Mit der Instandsetzung von 2007 wurde die Anlage unter denkmal- und gartendenkmalpflegerischen Gesichtspunkten saniert und bauliche Veränderungen teilweise wieder rückgebaut. Das erneuerte Freibad Letzigraben lockt seither nebst anderem mit Wellenbad, Strömungskanal und einem Ausstellungsraum.