Il Museo Storico Navale di Venezia, fondato nel 1919 dopo la I Guerra Mondiale, è situato  in uno storico edificio del XV secolo usato come "granaio" per la conservazione del  grano che serviva ai forni speciali che confezionavano un particolare tipo di pane a lunga conservazione, chiamato "biscotto", adatto per l'imbarco sulle galee in partenza dalla "Serenissima".

E fu proprio l'Arsenale, il più insigne monumento storico navale che esiste in Italia, a dar vita, sul finire del Seicento, a quella che a buona ragione si può ritenere l'antenata dell'attuale Museo: "La Casa dei Modelli".

Era questa la sede dove venivano raccolti i vari modelli delle navi che all'epoca sostituivano  i disegni di progettazione: sulla base dei modelli, rapportati in scala, venivano poi costruite le imbarcazioni al naturale.

La "Casa dei Modelli" fu saccheggiata nel Dicembre del 1797, durante l'occupazione francese, così come furono saccheggiate, nello stesso periodo, le "Sale dell'armar" di Palazzo Ducale, dove venivano conservati le armi, i cimeli ed i trofei di guerra della Repubblica di Venezia. Molto andò perduto dell'antica ricchezza della Serenissima e ciò che rimase fu successivamente recuperato e conservato dagli Austriaci, subentrati ai Francesi, entro le mura di cinta dell'Arsenale.

Alla fine del dominio austriaco (1866), i cimeli rimasti vennero riordinati e sistemati in un'unica sede che formò il primo nucleo del "Museo dell'Arsenale", sito nell'interno dell'Arsenale stesso.

Successivamente, nel 1919, lo Stato Maggiore decise di costituire un unico Museo Storico della Marina, riunendo i vari cimeli sparsi negli Arsenali e a bordo delle Regie Navi. I trofei di guerra e le armi della Serenissima ritornarono invece nella loro sede storica in Palazzo Ducale. In seguito fu decisa la costituzione, oltre che del Museo Storico Navale di Venezia, anche di un Museo Tecnico Navale con sede nell'Arsenale di La Spezia.

Nel primo Museo vennero raccolti tutti gli oggetti di prevalente interesse storico ed artistico, nel secondo furono concentrati i materiali di carattere tecnico.

La sede iniziale del Museo Storico Navale era una palazzina situata nell'interno dell'Arsenale vicino al suo ingresso principale. Nel 1964 il Museo fu trasferito nell'attuale sede in Campo S. Biagio, in un'area espositiva che si sviluppa su cinque livelli in 42 sale, per un totale di 4.000 metri quadrati.

Dal 1983, oltre a questo edificio principale, fa parte del Museo il Padiglione delle Navi, circa 1250 mq, situato in tre capannoni noti sia perché sede dell'antica "fabbrica od officina dei remi"  delle galee dell'Arsenale, sia perché qui si riunì per una decina d'anni il Maggior Consiglio, dopo che nel 1577 un incendio rese inagibile il Palazzo Ducale e la Chiesa di San Biagio. Quest'ultima, dell'XI secolo e ristrutturata nel XVIII, antica chiesa della marineria veneta prima e di quella austriaca poi, da poco restituita al culto per funzioni religiose del personale della Marina Militare è essa stessa una "area espositiva" del Museo.

Ora quegli antichi capannoni sono stati restaurati e riportati alla loro originale visione cinquecentesca per essere adibiti alla conservazione degli scafi più grandi che non potevano essere collocati nell'edificio principale del museo. Negli ultimi anni sono stati assegnati al museo altri due spazi aperti, all'interno dell'antico Arsenale, dove hanno trovato posto una gloriosa Motozattera della II Guerra Mondiale ed un sommergibile Classe "Toti": il Dandolo.