Після початку німецько-радянської війни найбільш цінні й унікальні експонати евакуювали до м. Уфи (Башкортостан). До Києва вони повернулися 1947 року.
 

Археологічні та етнографічні колекції, що залишилися в Києві, було переміщено до  Педагогічного музею (нині міський Будинок вчителя). Інші музейні колекції передали до Українського музею на вул. Олександрівській. 
 

1942 року археологічний музей очолив німецький археолог Пауль Ґрімм, його заступником був відомий український археолог Петро Курінний. У 1942–1943 роках заклад називався Крайовий музей до- і ранньої історії. Значну частину цінних музейних експонатів вивезли до Німеччини 1941-го та 1943-го. 
 

Після вступу до Києва радянських військ музей відновив свою роботу в листопаді 1943 року. Заклад розташовувався у приміщенні Будинку вчителя, окремі колекції зберігалися в інших місцях Києва.

У травні 1944-го музей розмістили в приміщенні, де він працює і нині, – на вул. Володимирській, 2 у будівлі колишньої художньої школи.

Головний фасад будівлі вирішено у класичних формах та розкрито до майданчика перед музеєм, а тил нагадує візантійські монументальні споруди. 

У післявоєнні роки перед співробітниками музею стояло нелегке завдання з систематизації реевакуйованих матеріалів. Музей відкрили для відвідувачів лише у 1948 р.

Внаслідок війни музейна колекція зазнала суттєвих змін – значну кількість унікальних пам’яток була втрачено. Згодом колекція поповнилась за рахунок інших музеїв – Львівського історичного музею, Львівського музею українського мистецтва, Одеського археологічного музею, Музею українського мистецтва, Софії Київської, Києво-Печерської Лаври, Чернігівського історичного музею.

Відповідно до постанови Ради Міністрів УРСР від 22 листопада 1963 року, при закладі було створено спецвідділ «Золота комора», який від 1965-го функціонує як філія музею. 
 

Фонди історичного музею стали основою для створення інших його філій – музею «Визволення Києва від фашистських загарбників» (нині Національний музей-заповідник «Битва за Київ у 1943 р.»); музею «Косий капонір» (нині музей «Київська фортеця»). На базі фондів закладу (25 тис. експонатів) заснували Український державний музей історії Великої Вітчизняної війни 1941–1945 років (нині Національний музей історії України у Другій світовій війні). 
 

За доби «брєжнєвського застою» співробітники установи зосереджувалися на комплектуванні матеріалів, пов’язаних із т. зв. досягненнями радянської держави. Це були трудові рапорти колективів, соціалістичні зобов’язання, комплекси радянських героїв, вимпели, прапори, документи партійних з’їздів тощо. Музей був покликаний пропагувати досягнення соціалізму, розкриваючи «керівну і спрямовуючу» роль КПРС.

Після відновлення державної незалежності України й згідно із Постановою Кабінету Міністрів України від 15 жовтня 1991 р. на базі Державного історичного музею УРСР було створено Національний музей історії України.

Нині за кількістю і значенням колекцій Національний музей історії України є одним із провідних музеїв України. Його фондові зібрання налічують понад 800 000 експонатів. Це світового значення археологічні та нумізматичні колекції, етнографічні зібрання, колекції зброї, пам’яток декоративно-ужиткового мистецтва, рукописів, стародруків, творів живопису та графіки, реліквії українського національно-визвольного руху 20 ст. Вони відображають історію України від найдавніших часів до сьогодення.

У жовтні 2020 року в музеї відбувся ребрендинг, який розробила креативна агенція TABASCO. Одним із важливих елементів ребрендингу є скорочення: Музей ІСТорії = МІСТ. Графічний знак логотипа – літера М, символізує, що саме в МІСТ зустрічається минуле та майбутнє, єднаються цивілізації та знання. Наш міст поєднує не лише епохи, а й людей. Музей може відкривати історію України для українців і світу – робити її зрозумілішою та спонукати до глибшого знайомства із країною.

Після повномасштабного російського вторгнення в лютому 2022 року експозиції музею та його філії було демонтовано та евакуйовано. Натомість у закладі реалізуються тимчасові виставкові проєкти. Частина співробітників стала до лав Сил оборони України. Нині науковці займаються комплектуванням матеріалів. 

Філією закладу є Скарбниця Національного музею історії України, де зібрано унікальні матеріали з дорогоцінних металів і коштовного каменю. Особливу цінність мають шедеври із зібрання скіфського часу, вироби майстрів княжої доби, твори українських ювелірів 14–20 ст. Відома в Україні та за її межами колекція єврейського культового срібла 18 – початку 19 ст.