År 1907 utsågs en statlig kommission ledd av general Bilderling att förbereda firandet av 200-årsjubileet av fältslaget med en ceremoni i närvaro av tsar Nikolaus II. Bland många attraktioner ingick en invigningsceremoni för slagfältsmuseet. Inledningsvis var planen att placera museet som ett annex till S:t Sampsoniykyrkan, nära de ryska krigsgravarna. Istället uppfördes en separat liten envåningsbyggnad inte långt från kyrkan. Poltavas slagfältmuseum grundades tack vare insatserna av historikern överstelöjtnant Ivan Pavlovsky, som vid den tiden tjänstgjorde som lärare i historia vid Poltavas militärakademi. Han var också den förste direktören för museet. Enrumsmuseets första utställning var inte stor. Den omfattade gamla ryska och svenska eldhandvapen, blankvapen, regementsfanor och uniformer liksom porträtt av svenska och ryska befälhavare. Poltavas slagfältmuseum invigdes den 26:e juni 1909.
   Efter upproret 1917 blev Poltavas slagfältmuseum, som många andra, utan tillsyn. Ett flertal inbrott och stölder skedde under 1920-talet. År 1921 överfördes alla kvarvarande utställningsföremål till stadens museum för lokal kultur, och Poltavas slagfältmuseum stängdes. Museet återupprättades efter 2:a världskriget. Invigningen skedde 1950 i den tidigare sjukhusbyggnaden som byggts i slutet på 1800-talet för handikappade veteraner från Rysk-Turkiska kriget. Många berömda konst- och historiska museer i Moskva, S:t Petersburg, Kiev, Kharkov, och Lvov delade utställningar med det nya museet. År 1981 förklarades Poltavas slagfält som statligt historiskt och kulturellt arv. Sedan slutet av 1990-talet har många värdefulla gåvor tillförts museet av föreningen Svenskt Militärhistoriskt Bibliotek. Museet lockar tusentals turister att besöka Poltava varje år för att lära mer om ett avgörande slag i det Stora nordiska kriget.