По летописным данным, в первой половине XIV века митрополит Петр получил от великого князя московского Ивана Калиты для своего двора в Кремле место севернее Успенского собора.
В 1450 году митрополит Иона возвел на этом месте каменную церковь Ризположения и первую каменную палату в Кремле. Во время московского пожара 1473 года двор выгорел, и митрополиту Геронтию пришлось отстраивать его заново. В 1484–1485 годах псковские мастера возвели для него новую церковь Ризположения, которая сохраняется и сегодня. Все последующие митрополиты, а с конца XVI века патриархи, обустраивали свои владения в Кремле, возводили деревянные и каменные сооружения.
Во время польско-литовской интервенции и пожара 1626 года Патриарший двор горел. Патриарх Филарет восстановил Крестовую и Столовую палаты, срубил деревянные кельи и церкви.
В 1643 году начался новый этап строительных работ, связанный с именем патриарха Иосифа. Под одной кровлей были возведены Крестовая, Золотая, Келейная и Казенная палаты, а также ряд подсобных помещений. Руководил работами Антипа Константинов, один из строителей Теремного дворца.
Следующий этап в жизни патриаршего двора в Кремле связан с именем патриарха Никона. Осенью 1652 начался разбор старых палат, церкви Соловецких чудотворцев и строений на бывшем дворе Бориса Годунова, полученного Никоном в дар от царя Алексея Михайловича. К концу 1655 года были выстроены новые палаты и церковь, но еще три года, вплоть до оставления Никоном Кафедры в июле 1658 года, шла отделка помещений. Первый этаж дворца использовался для хозяйственных нужд и размещения приказов, на втором располагались парадные залы и домовая церковь, на третьем — личные покои патриарха.
Последующие патриархи в той или иной степени также достраивали, украшали и перестраивали дворец.
В 1721 году после упразднения патриаршества и учреждения Святейшего Синода в здании палат расположилась его Московская контора. Это повлекло за собой значительные изменения в планировке, убранстве палат и их внешнем облике.
В 1918 году Патриаршие палаты как редчайший памятник архитектуры XVII века были переданы музею. Начался длительный процесс их научной реставрации и зданию в основных чертах был возвращен изначальный облик. В 1967 году на втором этаже Патриарших палат была открыта первая постоянная экспозиция.
В 1980–1985 годах были проведены очередные крупные научно-реставрационные работы, результатом которых и стала современная экспозиция музея.
В 2010 годы экспозиция музея была несколько видоизменена. В ходе ремонтных работ в 2013 году раскрыты участки живописи XVII века на стенах парадных сеней и приказных палат.