Powstało na początku lat 50. XX w. a jego pierwszą siedzibą był budynek przy ulicy Rozbrat. W 1966 roku nastąpiło otwarcie nowej siedziby na stadionie Skry Warszawa przy ulicy Wawelskiej. Od 2005 roku mieści się w Centrum Olimpijskim na warszawskim Żoliborzu

W swoich zbiorach, liczących blisko 60 tysięcy eksponatów, posiada m.in.: wyjątkową kolekcję medali i pochodni olimpijskich, kajak Karola Wojtyły, późniejszego papieża Jana Pawła II, najmniejszą książkę olimpijską w historii czy unikalne w skali światowej pamiątki z 1940 roku po Konspiracyjnych Międzynarodowych Jenieckich Igrzyskach Olimpijskich w stalagu XIIIA Langwasser pod Norymbergą.

Muzeum posiada również wyjątkowe zbiory filatelistyczne i numizmatyczne, 56 tys. fotografii, 37 tys. książek i czasopism oraz tysiące dokumentów i archiwaliów. Całą kolekcję muzealną uzupełnia dokumentacja filmowa i dźwiękowa.

Ma w swoim dorobku ponad dwieście wystaw czasowych, prezentowanych we własnej siedzibie oraz w innych muzeach w kraju i za granicą. Oprócz działalności wystawienniczej muzeum prowadzi szeroką działalność edukacyjną skierowaną głównie do dzieci i młodzieży. Muzeum współpracuje z wieloma instytucjami kultury i edukacji, prowadzi spotkania metodyczne z kadrą nauczycielską, wydaje własne publikacje monograficzne i okolicznościowe.

Od lat jest organizatorem wielu cyklicznych wydarzeń kulturalnych w tym m.in.: Festiwalu Filmowego im. Wandy Rutkiewicz i Sportowej Nocy Muzeów. W Muzeum odbywają się również giełdy kolekcjonerów pamiątek sportowych, konferencje naukowe oraz różnego typu spotkania, promocje i imprezy okolicznościowe.

Ze względu na swoje zasługi zostało włączone przez MKOL do grona Olympic Museums Network, skupiającego jedynie 22 placówki z całego świata.

Muzeum jest instytucją finansowaną ze środków Samorządu Województwa Mazowieckiego.

Centrum Olimpijskie

Zaprojektowany przez architekta Bogdana Kulczyńskiego budynek ma 7 kondygnacji (w tym jedną podziemną). W bryle budynku zawarto symbolikę idei olimpijskiej, formalnie wyrażoną w kształtach i funkcjach. Efektowny jest kształt budynku wzniesionego na rzucie elipsy oraz przypominający znicz szyb windowy i imponujące zadaszenie nawiązujące do architektury stadionów. Na frontonie umieszczono motyw olimpijskich kół. Na parterze czarny sufit, szare betonowe ściany trzonów komunikacyjnych, podłoga z szarego dolomitu - wszystko zostało przecięte dynamiczną wstęgą rampy-bieżni w kolorze mocnej czerwieni. Ta serpentyna stanowi wejście na ekspozycję stałą Muzeum Sportu i Turystyki.