Das Museum wurde 1891 unter Sultan Abdülhamid II. durch den Maler und Archäologen Osman Hamdi Bey als Müzesi Humayun („Museum des Imperiums“) als zentrales archäologisches Museum des Osmanischen Reiches gegründet.
Der Architekt Alexandre Vallaury errichtete das Gebäude im neoklassizistischen Stil (Baubeginn 1881). Der Sammlungsteil des Museums mit Kunst aus Istanbul geht zum Teil auf ein vom damaligen Museumsdirektor Halil Edhem Eldem initiiertes Katalogisierungs- und Erfassungsprojekt zurück, das von Januar bis Anfang November 1918 unter Mitarbeit von Friedrich Schrader und mehreren damals bedeutenden türkischen Kunsthistorikern und Bausachverständigen durchgeführt wurde und das der Rettung und dem Erhalt von durch Kriegseinwirkung und Vandalismus bedrohten Istanbuler Monumenten und archäologischen Artefakten dienen sollte. Als Fotograf gehörte der damalige Inhaber des Fotostudios Sebah und Joaillier, Hagop Iskender, zum Team.
Das Museum erhielt 1991 den Museumspreis des Europarates.

Die Stücke des Museums stammen aus dem Gebiet des gesamten osmanischen Reiches, heute werden sie noch durch Funde aus Istanbul und seiner Umgebung bereichert. Das Gebäude ist zweistöckig. Im Erdgeschoss umfasst es 20 Ausstellungsräume, im Obergeschoss sind in weiteren 16 Räumen kleinere Objekte und Plastiken aus Mittelalter und Neuzeit ausgestellt. Ein neues sechsstöckiges Nebengebäude befindet sich südöstlich des Hauptgebäudes.

Das wohl bekannteste Einzelobjekt des Museums ist der sogenannte Alexandersarkophag aus dem 4. Jahrhundert v. Chr., der 1887 vom Museumsgründer Osman Hamdi Bey in Sidon (Libanon) ausgegraben wurde.

Weitere wichtige Objekte sind:
im Saal 3: Sidamara-Sarkophag (3. Jahrhundert), 1950 in Konya entdeckt
im Saal 10: Phönizische Inschriften aus Sidon und menschengestaltige Sarkophage
im Saal 13: Löwin (4. Jahrhundert v. Chr.) vom Mausoleum von Halikarnassos
im Saal 18: Kolossalstatue des Zeus
im Obergeschoss: Bronzewaren aus Zypern, griechische Vasen und Münzen. Unter anderem Objekte aus Troja (zum Beispiel Trinkbecher mit einem waagerechten und einem senkrechten Henkel)
der Kopf der Schlangensäule vom Hippodrom im Zentrum von Istanbul.