Com el seu nom indica aquesta sala de projecció cinematogràfica era com el germà menut del cinema Pelayo amb el qual compartia edifici amb un aforament més reduit.
Es va obrir al públic, en una Barcelona coberta de neu, la vigília del dia de Nadal de l'any 1962. La nova sala s'ubicava al pis inferior del local, de manera que quedava situada just a sota del Pelayo. Per facilitar-ne la comunicació interior s'hi va instal·lar una escala mecànica de pujada i baixada que permetia l'accés pel vestíbul conjunt de l'entrada del carrer Pelai. No obstant això, l'entrada específica al Petit Pelayo era a la part del darrera de l'edifici, al carrer Tallers davant de la plaça Castella. El primer film projectat a la nova sala va ser el western de John Ford Dos cabalgan juntos amb James Stewart i Richard Widmark.
*1962.- Anunci publicat a La Vanguardia el dia després de la inauguració del Petit Pelayo
En els seus inicis el Petit Pelayo compartia cartell amb d'altres cinemes com el Niza, Aristos i Montecarlo. La sala va continuar amb la qualificació de sala d'estrena oferint programes dobles amb sessions matinals fins al seu tancament.
El 15 de setembre de 1985 la sala va tancar portes i va deixar d'existir amb aquest nom amb la projecció d'un programa doble integrat pels films Demencia i Golpe por Golpe. Després de més d'un any d'obres i de renovació a fons del cinema, l'obertura del nou Pelayo-3 Salas no va conservar el nom de Petit Pelayo per a cap d'elles. Posteriorment, amb la nova reforma del 1993, es va tornar a ampliar el complex donant pas a les actuals 5 multisales del Lauren Universitat.