Muzeum rozpoczęło swoją działalność w 1955 roku, kiedy to - w przeznaczonej na cele muzealnictwa technicznego części Pałacu Kultury i Nauki - została otwarta wielka wystawa Postęp techniczny w służbie człowieka.
Muzeum jest spadkobiercą tradycji oraz kontynuatorem działalności istniejących uprzednio w Warszawie muzeów technicznych, a szczególnie założonego w 1875 roku Muzeum Przemysłu i Rolnictwa oraz wyłonionego z tej placówki w 1929 roku Muzeum Przemysłu i Techniki z siedzibą przy Krakowskim Przedmieściu 66 oraz przy Tamce 1.
Zgromadzone przez te muzea zbiory uległy prawie całkowitemu zniszczeniu podczas działań II Wojny Światowej.
Obecne zbiory obrazują rozwój wielu dziedzin techniki od jej historycznych początków, aż do czasów współczesnych.