Музей історії Полтавської битви було відкритто 26 червня 1909 року напередодні 200-літнього ювілею битви. Творцем музею і його першим директором був відомий історик і краєзнавець, викладач історії Петровського Полтавського кадетського корпусу, дійсний статський радник, підполковник Іван Францевич Павловський . Експозиція музею нараховувала багато експонатів, серед яких холодна і вогнепальна зброя, портрети, гравюри, полкові прапори і зразки військової форми , що надійшли з Артилерійського музею С.-Петербургу, музеїв Москви, від Стокгольмського Королівського архіву і Генштабу, повітових міст Полтавської губернії та від окремих мешканців Полтави. Спочатку музей містився в невеликому будинку, побудованому для нього усередині огорожі церкви Св. Сампсонія. Під час громадянської війни на Україні 1917-1918 музей історії Полтавської битви неодноразово піддавався пограбуванню. Було викрадено багато експонатів: зброя, живопис, срібні і бронзові речі. У 1918 році залишки експозиції музею були передані І.Ф.Павловським на збереження до Центрального Пролетарського музею Полтавщини (тепер Полтавський обласний краєзнавчий музей).
  У 1949 Рада Міністрів СРСР ухвалила рішення про відтворення музею історії Полтавської битви. Місцем для нового музею було обрано колишній будинок інвалідів російсько-турецької війни, збудований наприкінці XIX ст. 23 вересня 1950 року відбулося урочисте відкриття музею на полі Полтавської битви. Центральні музеї Москви, Ленінграду, Києва, Львова й інших міст СРСР передали сюди частину своїх експонатів. З кінця 90-х років XX ст. почалося співробітництво музею з двома шведськими товариствами: Товариством каролінців та Товариством військової історії. За цей час музей отримав багато подарунків із Швеції, серед яких: картини, холодна зброя, копії унікальних документів, фотографії, тощо. Щороку музей приймає тисячі відвідувачів, що приїздять сюди для ознайомлення з історією Північної війни (1700 - 1721 р.) та її вирішальною подією - Полтавською битвою 27 червня 1709 р.