Первым заведующим Достопамятным залом был назначен подпоручик Иван Меллер, который сыграл значительную роль в учёте и сосредоточении «инвенторских» — новоизобретённых, опытных — и «достопамятных» орудий в стенах орловского дома. К концу XVIII века собрание насчитывало до 6000 экспонатов.
С 1 июня 1808 года Достопамятный зал открывается для всех желающих. В первой половине XIX века собрание значительно пополнилось образцами русского и трофейного оружия времён Отечественной войны 1812 года, Русско-турецкой (1828‒1829) и Русско-персидской (1826‒1828) войн. Сюда же влилась «Образцовая коллекция ручного огнестрельного и белого оружия».
C 1868 года для размещения военно-исторических коллекций была отведена часть здания арсенала Петропавловской крепости — Кронверка — в нижнем и антресольном этажах восточного крыла. Для тяжёлых орудий выделили часть внутреннего двора. Собрание именовалось Зал достопамятных предметов Главного артиллерийского управления, затем — Артиллерийским музеем (АМ), а с 1903 года — Артиллерийским историческим музеем (АИМ).
Огромную роль в судьбе музея сыграло его участие в Политехнической выставке, устроенной в Москве в 1872 году — к 200-летию со дня рождения Петра Великого. С этого времени Артиллерийский музей стал известен широким кругам русского общества, а по окончании выставки превратился в общепризнанное единственное всероссийского значения хранилище — музей памятников вооружения.
В 1872 году заведующим музеем был назначен талантливый военный историк капитан Н. Е. Бранденбург, впоследствии генерал-лейтенант. Его стараниями были созданы специальные архивы и историческая библиотека, издан систематический каталог. Фонды пополнились большим количеством экспонатов из Брянского, Казанского и Киевского арсеналов, Тихвинского, Кирилло-Белозерского и Соловецкого монастырей, Оружейной палаты, Новгородского земского музея, военно-учебных заведений, Петербургского и Московского археологических обществ, Археологической комиссии, Императорского Русского исторического общества, а также образцами современной боевой техники.
Музей принимал участие во всемирных выставках в Вене (1873) и Париже (1900), в выставках «Исторические и современные костюмы» (1902), «Детский мир» (1904), а также оказывал помощь в создании других музеев: полковых, Суворовского, Войны 1812 года, Кавказского, музея Академии Генерального штаба. В 1889 году в Военно-историческом музее праздновали 500-летие русской артиллерии.
В декабре 1903 года музей торжественно отметил своё 200-летие. К этому времени он становится крупнейшим музеем русской армии. В марте 1912 года Артиллерийский исторический музей стал самостоятельным учреждением. К концу 1912 года Военно-исторический музей имел пять отделов: русских военно-исторических памятников, русских общеисторических памятников, иностранный, доисторический — материалы раскопок Н. Е. Бранденбурга, новый — модели, знамёна, приборы.
Налаженный ритм работы музея сломала Февральская революция 1917 года. Немцы рвались к Петрограду, и Временное правительство распорядилось о срочной эвакуации ценностей в глубь страны. Одна из причин — бронза, из которой были изготовлены старые орудия, хранившиеся в Артиллерийском музее, являлась для Германии стратегическим металлом. Местом временного размещения музея выбрали Ярославль. Три баржи, гружённые самыми ценными орудиями и другими экспонатами, а также архивом, были отправлены 25 сентября 1917 года из Петрограда в сопровождении прапорщика Курышева и трёх канониров 1-й тяжёлой артиллерийской бригады. Всего было эвакуировано около 75 % музейных фондов, включавших в то время более 70 тысяч предметов и 200 тысяч архивных дел.
Революция и Гражданская война нанесли большой ущерб музею. Так, в июле 1918 года в Ярославле вспыхнул мятеж против советской власти под предводительством полковника Пехтурова. Район Спасского монастыря, где хранилось музейное имущество, стал полем сражения. В возникшем пожаре сгорели около 2000 знамён, в том числе ценные стрелецкие, все трофеи, собранные в ходе Первой мировой войны, 300 экземпляров старинного огнестрельного и холодного оружия. На баржах было повреждено 54 ценных орудия, погиб в воде архив 2-й половины XVIII столетия и частично — 1-й половины XIX. А затем огромный ущерб музею нанёс страшный ураган, пронёсшийся над Ленинградом в ночь с 23 на 24 сентября 1924 года и вызвавший грандиозное наводнение, затопившее часть территории Кронверка. Но самым неожиданным результатом этого наводнения стало решение комиссии из представителей Академии материальной культуры и военной секции Ленинградского отделения Главнауки с участием представителей Эрмитажа, которым признали необходимым передать доисторический отдел Артиллерийского музея в Эрмитаж и другие хранилища. В АИМ же были переданы наиболее ценные предметы из 27 музеев прославленных полков русской армии: Преображенского, Семёновского, Измайловского, а также фонды Военного историко-бытового музея. Позднее в музей поступили реликвии Гражданской и советско-финляндской войн.
Новое поколение музейных работников продолжило дело своих предшественников. В неимоверно тяжелых условиях блокады Ленинграда им удалось сберечь для потомков бесценные реликвии музея, свести к минимуму потери от бомбёжек и обстрелов. Более того, фонды музея в годы войны активно пополнялись советской трофейной боевой техникой с полей сражений. И поистине героические усилия приложили сотрудники АИМ для его восстановления в послевоенные годы.
В настоящее время Военно-исторический музей артиллерии, инженерных войск и войск связи — один из самых крупных военно-исторических музеев мира, обладающий ценнейшими коллекциями артиллерийского вооружения и боеприпасов, стрелкового и холодного оружия, военно-инженерной техники, средств военной связи, боевых знамён, военной формы одежды, произведений батальной живописи и графики, наград и знаков, а также архивными документами, свидетельствующими об истории развития артиллерии русской армии, ратных подвигах защитников Отечества. Среди экспонатов — художественные произведения, отражающие героическое прошлое России, портреты императоров, великих князей, прославленных полководцев, отличившихся солдат и офицеров. Залы музея украшают картины известных русских художников-баталистов Б. Виллевальде, Н. Дмитриева-Оренбургского, А. Шарлеманя, А. Сафонова, П. Ковалевского, Ф. Рубо, А. Попова, Н. Самокиша, М. Грекова.
Экспозиция размещена в 13 залах на площади более 17 тысяч кв. м. В настоящее время музейный фонд составляют 850 тысяч экспонатов. Многие из них, бесспорно, являются памятниками науки, техники, искусства, составной частью культурного наследия России. Это, например, старейшие образцы русской артиллерии XIV-XVI веков — устюженские железные пищали, первые датированные бронзовые орудия мастера Якова конца XV века, отечественные нарезные орудия XVI-XVII веков, намного опередившие западные образцы такого рода. Бесценным вкладом в развитие отечественной технической мысли были изобретения конструкторов XIX — начала ХХ столетий: А. П. Энгельгардта, Н. В. Маиевского, В. С. Барановского, А. И. Плесцова, С. И. Мосина, В. Г. Фёдорова. В музее хранятся первые в мире динамо-реактивные системы Л. В. Кур- чевского 1920-1930 годов, принцип которых был использован немцами и американцами лишь в 1940-х. Здесь собрана крупнейшая в мире коллекция холодного и стрелкового оружия, в том числе образцов оружия М. Т. Калашникова, многие из которых подарены музею выдающимся русским конструктором.
В числе раритетов музея — парадная литавренная колесница для вывоза артиллерийского знамени, пушечки потешных полков Петра I, военные награды императоров России, подарки полкам русской армии, художественно оформленные изделия из хрусталя и серебра, в том числе фирмы Фаберже, личное оружие Александра I, Николая II, атамана Платова, Наполеона Бонапарта, маршала И. Мюрата, русских и советских полководцев и военачальников.
Создаётся филиал Военно-исторического музея артиллерии, инженерных войск и войск связи — Музей истории кадетских корпусов России. Он расположен в историческом центре Санкт-Петербурга, в здании Мальтийской капеллы, построенном в 1800 году выдающимся зодчим Джакомо Кваренги и входящем в комплекс зданий Воронцовского дворца, где размещался Пажеский Его Императорского Величества корпус. В экспозиции музея будет отражена история кадетских корпусов до 1917 года, кадетских корпусов русской эмиграции, военных спецшкол, подготовительные училищ, суворовских и нахимовских училищ советского периода, кадетских корпусов, создаваемые в настоящее время.
Особый интерес посетителей вызывает внешняя экспозиция музея, открытая после реконструкции в ноябре 2002 года на площади более двух гектаров во внутреннем дворе Кронверка и составляющая с ним единый архитектурно-художественный ансамбль. Её формирование велось более полувека, с начала 50-х годов XX столетия. На открытых площадках размещено около 250 единиц артиллерийского, ракетного вооружения, инженерной техники и техники связи, в том числе отечественные и иностранные орудия — от древних до самых современных: самоходные, буксируемые и зенитные, предназначенные, в частности, и для стрельбы ядерными боеприпасами.
Кронверк в переводе с немецкого — «укрепление в виде короны», построен в 1705-1708 годах как вспомогательное деревоземляное укрепление Санкт-Петербургской крепости со стороны суши и должен быт прикрывать крепость с севера во время возможного нападения шведов. Кронверк неоднократно перестраивался и укреплялся на протяжении всего XVIII столетия. К концу века Кронверк утратил своё фортификационное значение, и в 1796 году на его территории быт построен Артиллерийский парк, состоявший из дощатого сарая и двора, обнесённого палисадным забором, а также деревянный инженерный дом на каменном фундаменте. С 1797 года по распоряжению императора Павла I в Кронверке начались восстановительные работы, и уже через два года укрепления были приведены «в должный вид». В 1801 году началось сооружение каменной гауптвахты и порохового погреба.
В связи с волной прокатившихся по Европе революций император Николай I 18 марта 1849 года утвердил проект каменного двухэтажного арсенала в Кронверке. Закладка здания состоялась 21 августа 1851 года, накануне 20-летнего юбилея официального восшествия императора на престол. В конце 1853 года Николай I посетил строительство и остался доволен величественным видом строящейся крепости, которую он приказал именовать «Новым арсеналом в Кронверке».
В связи с началом Крымской (Восточной) войны Санкт- Петербургская крепость и Кронверк были приведены в боевую готовность. Наблюдение за работами было поручено великому князю Николаю Николаевичу. В Кронверке разместили 41 пушку 24- и 18-фунтового калибра. По нижнему этажу арсенала были подготовлены помещения для солдат, исправлены пороховые погреба, валганги — верхняя часть крепостного вала — и брустверы, въезды на мосты прикрыты палисадами. На мостах, ведущих к воротам Кронверка, сделали раздвижные части. Для сообщения с Санкт- Петербургской крепостью был устроен деревянный неразводной мост. В 1853‒1855 годах возведены новые ворота Кронверка. Строительство арсенала завершилось в ноябре 1860 года.
Здание приобрело вид огромного подковообразного равелина с амбразурами, окнами-бойницами для двухъярусной артиллерийской стрельбы и бойницами для оружейной стрельбы. Длина арсенала по оси равнялась 472 метрам, стены по наружному фасаду достигали толщины 1,8 метра, по внутреннему — 1,3 метра.
Внутренние помещения Кронверка были декорированы в дворцовом ложноготическом стиле. Над главным входом в здание укрепили чугунную доску с надписью: «Главным наблюдателем работ был генерал-адъютант Фельдман, а производителем — полковник Иокиш». Под аркой восточного крыла арсенала был изображен герб Российской империи, а на чугунных досках — годы строительства здания «1850‒1860». Над соответствующей датой — бронзовые вензеля императоров Николая I и Александра II. Главный вход в здание открывался художественно оформленным вестибюлем и лестницей с пандусом, предназначавшейся для подъёма орудий.
В декабре 1860 года император Александр II с великими князьями Николаем Николаевичем и Михаилом Николаевичем посетил новое здание и приказал передать его Главному артиллерийскому управлению. В Новый арсенал с 6 января 1861 года по льду Невы стали подвозить пушки, оружие и другое военное имущество. Функцию арсенала здание выполняло до 1941 года. Арсенал в Кронверке — уникальный памятник военной архитектуры середины XIX века. Благодаря большому количеству ворот и дверей на нижнем и верхнем этажах здания находившиеся в нем огромные запасы оружия можно было вывезти за 24 часа.
С 2000 года на территории Кронверка ведутся археологические исследования. Во время раскопок были обнаружены остатки землянок и братские погребения первых строителей и защитников Санкт-Петербурга. В нижних слоях, на территории, называвшейся в XV-XVI веках Фоминым островом, располагалось несколько крупных селений новгородского и московского периодов развития Приневья. В XVII веке, в шведский период, на острове размещались крупные дворянские усадьбы — мызы, а также несколько хуторов. Археологические раскопки последних лет позволяют говорить о реальной многовековой истории этой местности, начиная не только с Ниена и Ниеншанца, но с более раннего, дошведского периода. Подобных археологических комплексов на территории Санкт-Петербурга до настоящего времени не было обнаружено.
За 300 лет своего существования Военно-исторический музей артиллерии, инженерных войск и войск связи стал одним из крупнейших военно-исторических музеев мира, национальной гордостью России и подлинным храмом военной истории Отечества.