Ideato dai pionieri del motorismo italiano, Cesare Goria Gatti e Roberto Biscaretti di Ruffia, il museo è stato fondato nel 1933 con il beneplacito da Benito Mussolini e inaugurato nel 1939 sotto le gradinate dello Stadio Comunale. Il luogo inadatto spinse a trovare una nuova sede e il Comune destinò un terreno in Corso Unità d’Italia, grazie ai contributi della famiglia Agnelli, di altre fabbriche di costruttori e di aziende di pneumatici. 
Il nuovo museo, edificato su progetto di Amedeo Albertini e l’ingegnere Ivailo Ludogoroff, è stato inaugurato nel 1960. Dal 2007 è stato chiuso per consentire un totale ripensamento degli spazi che ha permesso quasi un raddoppiamento della parte espositiva. Dal 2011, in occasione del 15° anniversario dell’Unità d’Italia, l’istituto che più di ogni altro unisce l’arte e l’industria italiana, ha riaperto i battenti. Le oltre 30 sale illustrano la storia dell’automobile dal 1769 al 1996 ospitando circa 160 esemplari (altre 50 sono nel garage-deposito aperto su richiesta), tutte allestite con apposite installazioni che le contestualizzano.