سازمان شهرداری مشهد نخستین‌بار در سال۱۲۹۷ گشایش یافت. این سازمان، سومین سازمان شهرداری تأسیس‌شده در کشور پس از شهرداری‌های تهران و اصفهان است که وظیفه اداره شهر را برعهده دارد. سازمان شهرداری را شهردار مشهد اداره می‌کند که پیش‌تر وزیر کشور او را انتخاب می‌کند، اما اکنون انتخاب به‌واسطه شورای شهر است و حکم نهایی را وزیر کشور صادر می‌کند.

سرتیپ کاشف‌الملک، نخستین شهردار شهر مشهد بود که ۳سال و در بین سال‌های۱۲۹۷ تا ۱۳۰۰ مشغول به خدمت بود. اکنون نیز محمدرضا کلائی به‌عنوان شصت‌وششمین شهردار مشهد مشغول‌به‌کار است و از سال۱۳۹۷ مسئولیت اداره دومین شهر بزرگ کشور را برعهده دارد. رکورد طولانی‌ترین دوره حضور یک شهردار در شهر مشهد از ابتدا تاکنون نیز متعلق به سیدمحمد پژمان است که او را با نام مهندس پژمان می‌شناختند. او از اردیبهشت۱۳۸۶ به‌مدت ۶سال ریاست شهرداری مشهد را برعهده داشت.

شهرداری مشهد ۷معاونت دارد که این معاونت‌ها عبارت‌اند از معاونت عمران، حمل‌ونقل و ترافیک، معاونت خدمات شهری، معاونت شهرسازی و معماری، معاونت و سازمان اجتماعی و فرهنگی، معاونت برنامه‌ریزی و توسعه سرمایه انسانی، معاونت مالی و پشتیبانی و درنهایت معاونت و سازمان اقتصادی، سرمایه‌گذاری و مشارکت‌های مردمی.
شهرداری مشهد ۱۳منطقه شهری و شهرداری مستقل دارد که از میان آن‌ها، شهردار منطقه۱۳ وظیفه رسیدگی به بافت اطراف حرم رضوی را برعهده دارد.

ساختمان شهرداری مشهد، یکی از ساختمان‌های دیدنی این شهر محسوب می‌شود که مهندسان آلمانی آن را در ۴طبقه طراحی کرده‌اند. در سال۱۳۲۲ مهندسان آلمانی ۲طبقه از این ساختمان را بهره‌برداری کردند و حدود ۲۰سال بعد و در سال۱۳۵۲ نیز مهندس الستی طبقات دوم و سوم شرقی را افتتاح کرد.