Pomorski muzej osnovan je 1949. na inicijativu Jadranskog instituta Jugoslavenske akademije znanosti i umjetnosti (danas HAZU), a od 1988. nalazi se u sastavu Dubrovačkih muzeja. Inicijalni muzejski fundus nastao je 1941. donacijama dubrovačkih građana za potrebe izložbe "Dubrovačko pomorstvo kroz vjekove", a nakon službenog osnutka fundus je sustavno i planski izgrađivan otkupima predmeta, brojnim donacijama građana, te predmetima s podmorskih arheoloških istraživanja organiziranim u dubrovačkom akvatoriju.

Muzej je od 1952. smješten na prvome i drugom katu Tvrđave sv. Ivana. U prošlosti ta je utvrda štitila ulaz u gradsku luku i bila je jedna od najvažnijih u obrani grada. Gradnja tvrđave započela je 1346., a današnji je izgled definiran krajem 16. stoljeća. U 19. stoljeću pregrađena je na dva kata, a na mjestima na kojima su bili otvori za topove probijeni su prozori. Muzej sustavno prikuplja, obrađuje, izlaže i objavljuje muzejsku građu iz pomorske prošlosti dubrovačkoga kraja, sve od antičkih vremena. Danas raspolaže fundusom s više od 11 000 predmeta u petnaest zbirka.

U stalnom postavu otvorenome 1986. predstavljeno je više od 700 predmeta u okviru nekoliko tematskih cjelina koncipiranih tako da u kronološkom slijedu ilustriraju razvoj dubrovačkog pomorstva: "Od kasne antike do pada Dubrovačke Republike", "Pomorstvo dubrovačkog kraja u 19. stoljeću" i "Pomorstvo dubrovačkog kraja u 20. stoljeću".

Muzej ima bogatu knjižnicu s više od jedanaest tisuća naslova stručne pomorske i srodne literature. Od 1998. Muzej je član  Udruženja mediteranskih pomorskih muzeja (Association of  Mediterranean Maritime Museums), kojemu je sjedište u Barceloni.

Po raznovrsnosti i vrijednosti građe koju posjeduje, Pomorski muzej je jedan od vodećih muzeja pomorske tematike u Hrvatskoj i najbolje mjesto gdje se može upoznati bogata dubrovačka pomorska baština.