O prédio, em estilo barroco, foi construído por volta de 1803 pelo arquiteto José Domingos Monteiro. Em 1808, foi doado a D. João VI e, em 1810, teve início a expansão dos terrenos da Quinta Real, com o objetivo de ampliar sua área. A partir de então, iniciaram-se as obras de construção, ampliação e adaptação da edificação para servir de residência à Família Real, com base em um projeto do arquiteto Manuel da Costa. Posteriormente, o arquiteto Pedro José Pézerat assumiu o projeto, mantendo o estilo neoclássico.
O Museu foi criado por D. João VI, em 1818, com sede no Campo de Santana, no Rio de Janeiro. Posteriormente, sua sede foi transferida para o Paço de São Cristóvão, em 1892.
Após o incêndio de 2018, o escritório H+F Arquitetos, em conjunto com o Atelier de Arquitetura e Desenho Urbano, venceu o concurso para a reconstrução e o restauro do edifício.

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