Музей Полтавської битви на Шведській Могилі був відкритий 26 червня 1909 року за ініціативою викладача історії Петровського Полтавського кадетського корпусу Івана Францовича Павловського за сприяння Полтавського церковного історико-археологічного комітету, полтавського губернатора графа М.Л. Муравйова, громадськості міста. «Батьком» музею по праву вважається                              І. Ф. Павловський, дослідник історії Полтави, краєзнавець, архівіст, людина знана й шанована на той час у місті, перу якої належать понад 150 різних праць. Працюючи над створенням колекції музею, І. Ф. Павловський відвідував наукові установи, архіви, музеї, бібліотеки; вів листування з Королівським архівом Стокгольма. Шведські офіцери А. Тама і Спарре надали музею портрети шведських генералів, які до цього часу не були відомі в російських виданнях. В «Каталозі музею Полтавської битви на Шведській Могилі», виданому  в 1910 році, нараховувалося 339 експонатів: портрети Петра І, Карла XII,   І. Мазепи, командного складу обох армій, живописні полотна, гравюри, зброя, прапори. Спочатку планувалося розмістити музейну колекцію в спеціально відведених кімнатах Сампсоніївської церкви, але за рішенням петербурзької міжвідомчої комісії для музею за проєктом архітектора С.В. Носова збудували невеликий будинок (на схід від головного входу церкви). Жовтневий збройний переворот, громадянське протистояння (1917-1921 рр.) внесли свої корективи у діяльність музею. Після декількох пограбувань І. Ф. Павловський передав решту колекції до Центрального Пролетарського музею Полтавщини (нині Полтавський краєзнавчий музей імені Василя Кричевського), де вона значились як збірка «Полтавська баталія».

23 вересня 1950 року заклад відновив свою роботу під назвою “Музей історії Полтавської битви”. 1981 року музей і комплекс пам’ятників, пов’язаних із Полтавською битвою, оголошено Державним історико-культурним заповідником “Поле Полтавської битви”.