Музей Черноморского флота ведет свое начало от Музея Севастопольской обороны 1854–1855 годов, который был основан 14 (26) сентября 1869 года по инициативе участников 349-дневной обороны Севастополя и при покровительстве императора Александра II.
В течение 25 лет экспозиция музея размещалась в пяти комнатах дома генерала Эдуарда Тотлебена – одного из руководителей обороны Севастополя.
По указанию Александра III был выделен участок земли в 126 квадратных метров по улице Екатерининской (ныне улица Ленина) между Минной башней и Михайловской церковью. Здание было построено в 1895 году.
В 1932 году была проведена реорганизация – отделы превратились в два самостоятельных музея: Музей революции и Музей Крымской войны. В 1940 году оба музея были объединены в единый Военно-исторический музей Черноморского флота.
Здание храма Архистратига Михаила в 1968 году к 100-летию музея было передано для оформления экспозиции зала № 8, посвященной созданию и развитию океанского ракетно-ядерного флота в послевоенный период и до настоящего времени.
В 2014 году по решению министра обороны РФ храм Святого Архистратига Михаила после капитального ремонта введен в эксплуатацию как культовое сооружение для окормления духовных потребностей военнослужащих Черноморского флота.
С 31 декабря 2020 года Музей Черноморского флота является филиалом Центрального военно-морского музея имени императора Петра Великого.
За годы своего существования музей превратился в подлинную сокровищницу боевых реликвий, отражающих все этапы развития Черноморского флота с момента его основания и до сегодняшних дней.
