Музей истории Полтавской битвы был открыт 26 июня 1909 года накануне 200-летнего юбилея битвы. Создателем музея и его первым директором был известный историк и краеведец, преподаватель истории Петровского Полтавского Кадетского корпуса, действительный статский советник, подполковник Иван Францевич Павловский. Экспозиция музея насчитывала много экспонатов, среди которых холодное и огнестрельное оружие, портреты, гравюры, полковые флаги и образцы военной формы, которые поступили из Артиллерийского музея С.-Петербурга, музеев Москвы, Стокгольмского Королевского архива и Генштаба, отдельных частных лиц Полтавы и уездных городов Полтавской губернии. Первоначально музей располагался в небольшом здании, построенном для него внутри ограды церкви Св. Сампсония. Во время гражданской войны на Украине 1917-1918 музей истории Полтавской битвы неоднократно подвергался ограблению. Среди похищенных экспонатов: оружие, живопись, серебряные и бронзовые вещи. В 1918 году остатки экспозиции музея были переданы И.Ф.Павловским на хранение в Центральный Пролетарский музей Полтавщины (теперь Полтавский областной краеведческий музей).
    В 1949 Совет Министров СССР принял решение о воссоздании музея истории Полтавской битвы. В качестве места для нового музея было выбрано здание бывшего дома инвалидов русско-турецкой войны, построенного в конце XIX ст. 23 сентября 1950 года состоялось торжественное открытие музея на поле Полтавской битвы. Многие музеи Москвы, Ленинграда, Киева, Львова и других городов СССР передали сюда свои экспонаты. С конца 90-х годов XX ст. началось сотрудничество музея с двумя шведскими обществами: обществом калолинцев и обществом военной истории. Музею было передано множество подарков, среди которых картины, холодное оружие, копии уникальных документов, фотографии и т.д. Каждый год музей принимает тысячи посетителей, которые приезжают сюда, чтобы ознакомится с историей Северной войны (1700 – 1721 гг.) и ее решающего сражения – Полтавской битвы (27.06.1709 г.).