W 1947 w inwentarzu muzeum znajdowało się 169 przedmiotów, jednak zbiory zaczęły szybko się zwiększać. Muzeum zostało otwarte 17 stycznia 1955. Pierwsza stała ekspozycja nosiła nazwę Dzieje Warszawy od X wieku do czasów obecnych.
W latach 2010–2012 przeprowadzono całościową renowację piwnic znajdujących się w głównej siedzibie muzeum pod ośmioma kamienicami po stronie Dekerta, obejmujących powierzchnię 1142 m². Podczas prowadzonych wykopalisk archeologicznych odnaleziono skarb składający się z 1211 monet wybitych pomiędzy pierwszą połową XVII wieku a początkiem XVIII wieku (najmłodszymi numizmatami były dwugrosze Augusta II Mocnego z 1707). Natrafiono także na studnię z drugiej połowy XVII wieku.
Podczas Nocy Muzeów w maju 2012 zwiedzającym po raz pierwszy udostępniono wyremontowane piwnice. Stanowią one obecnie najważniejszy spośród pięciu elementów Szlaku Kulturalnych Piwnic Starego Miasta.
W kwietniu 2014 nazwę placówki zmieniono na Muzeum Warszawy.
W maju 2017 udostępniono zwiedzającym zmodernizowaną siedzibę główną muzeum oraz jej nową wystawę główną Rzeczy warszawskie. W czerwcu 2018 udostępniono zwiedzającym kompletną wystawę stałą Rzeczy warszawskie.