Nel 1933 il comune di Torino deliberò di fondare il museo, nominando un comitato promotore; e venne cercata una sede adatta per la realizzazione della mostra permanente.
Si decise per la ex Fabbrica Aquila Italiana, ma presto cambiò destinazione e ciò avvenne per quattro volte finchè nel 1957 venne trasferito definitivamente in Corso Unità d’Italia ed il 3 novembre 1960 venne ufficialmente inaugurato.
Il palazzo in cui è situato il museo è stato creato apposta dall’architetto Amedeo Albertini, famoso per aver realizzato anche il palazzo Sai e il palazzo della Lavazza a Torino.
Tra i pezzi più pregiati della collezione vi sono la vettura a vapore Bordino del 1854 situata al di fuori, nel cortiletto antistante il museo, ilprimo modello Benz del 1893 con il cambio di velocità a cinghie, il primo modello Peugeot del 1894, la Ferrari 126 C2 con cui Gilles Villeneuve corse nel 1982.
All’interno vi è anche una biblioteca contenente più di settemila testi, per lo più irreperibili e fuori commercio.
E’ anche presente un’emeroteca contenente riviste automobilistiche da tutto il mondo.
Il museo è stato chiuso per restauri nel corso del 2010 e tra poco, il 20 marzo 2011 verrà finalmente riaperto al pubblico.
