O Cine Segall é parte fundamental da trajetória e da identidade do Museu Lasar Segall, tendo surgido seis anos depois da inauguração da instituição, como um espaço comprometido com a democratização do acesso ao cinema, o pensamento crítico e o diálogo cultural. Sua história começa em 1972, com um convênio entre o Museu Lasar Segall e a Cinemateca Brasileira, em que o Museu cedia espaço para programação e armazenamento de películas.
As primeiras projeções aconteceram em 1973, inicialmente destinadas a funcionários de uma empresa vizinha em horário de almoço, mas logo se expandiram para o público geral, com sessões regulares aos fins de semana.
A programação sempre oscilou entre filmes populares e cinema de arte, com foco no cinema brasileiro, latino-americano e independente — que produziu mostras como "A Marginalidade do Cinema Brasileiro" (1975), "Marginalidade no Cinema Estrangeiro" (1975), "Quinzena do Cinema Marginal Brasileiro" (1978) e "Cinema Marginal" (1984).
O Museu abrigou mostras de cineastas consagrados, como Serguei Eisenstein (acompanhada da exposição de fotos e desenhos do cineasta), em uma época de repressão: "Encouraçado Potemkin" não foi exibido devido a um veto específico da censura.
Em meados dos anos 1980, eram os frequentadores que definiam os filmes em cartaz. Na Oficina de Programação, discutiam e organizavam as mostras com a programadora da Divisão de Cinema, Hilda Machado. Alguns destaques foram "O Cinema Histórico Brasileiro", "Bergman e o Jornalismo", "Ciclo Fassbinder", "A Figura Humana", "Ciclo da Bitola Alternativa" e "Ciclo para mais Amar Herzog", este último contando com a presença do próprio diretor.
O Cine Segall sempre promoveu intercâmbios culturais com instituições nacionais e internacionais — Centro Cultural São Paulo, Federação Paulista de Cineclubes, faculdades da Universidade de São Paulo e da Universidade de Campinas, Embrafilme, Filmoteca Shell, embaixada e consulados (como o da França e do Canadá), Associação Brasileira de Documentaristas, Cinema Distribuição Independente e Instituto Goethe. Esse intercâmbio continua até hoje.
Em 2017, o Museu executou projeto de modernização da sala, que incluiu a instalação de projetor e som digitais (som 7.1 Dolby Surround), nova tela e novos assentos. E segue se adaptando para cumprir sua função social, de contribuir para a formação do olhar e a reflexão crítica sobre a cultura e a sociedade.
