Enligt polisen agerade skytten helt på egen hand, och han är inte tidigare straffad.
71 människor blev skjutna i biosalongen. 12 av dem dog och 59 skadades. För flera av de skadade är tillståndet allvarligt.
Enligt polisen i Colorado använde skytten tre sorters vapen: ett automatvapen, ett hagelgevär och en pistol.
Skottlossningen inträffade vid en biograf i Aurora Mall, där den nya Batman-filmen The Dark Knight Rises visades.
Den misstänkte skytten har identifierats som 24-årige James Holmes, uppger federala myndigheter enligt ABC News.
När han greps sade han att det fanns sprängämnen i hans hyreshus, vilket visade sig stämma. Polisen har evakuerat byggnaden och försöker desarmera det explosiva material de har hittat. Enligt polischefen i Aurora är lägenheten försåtsminerad och sprängämnena "väldigt sofistikerade". Det kan komma att ta polisen dagar att avlägsna dem.
Filmvisningen började vid midnatt, lokal tid. Polischefen bekräftar under en presskonferens att en beväpnad man i 20-årsålden dök upp i en av biosalongerna. Han ska ha burit på någon slags behållare som han släppte, och skjutit.
Eftersom många i publiken klätt ut sig inför premiären av den nya Batman-filmen kan detta har försvårat gripandet då gärningsmannen lättare kunde smälta in bland biobesökarna.
Kaoset som uppstod beskrevs av vittnen som något ur Batman-filmerna - där Gotham City terroriseras av galna superskurkar - vilket talar för att de kan ha varit en inspirationskälla till dådet.
Aurora är en förort till Denver, nära Columbine där 13 personer sköts ihjäl och 24 skadades 1999, uppger AFP.