En marzo de 1992 se creó en el edificio de la Escuela de Oficiales hasta su traslado en abril de 2015 al edificio de la antigua Capitanía General Marítima del Estrecho, edificio que data de 1798 de estilo neoclásico. La inaguración del nuevo museo la realizó su majestad el rey Juan Carlos I el 8 de julio de 2016. También en la Población Militar de San Carlos y próximos al museo están el Panteón de Marinos Ilustres donde descansan los restos mortales de numerosos marinos españoles y el Real Instituto y Observatorio de la Armada (caso de realizar una visita si bien es gratuita estos dos últimos requieren reserva previa).

El museo de tres plantas cuenta con 15 salas donde se puede ver la historia del departamento marítimo de Cádiz, guerra de la Independencia en Cádiz, guerra de Trafalgar, uniformes, instrumentos de navegación, historia de la artillería naval, de la sanidad naval y en la capilla, exvotos marineros y esculturas de los siglos XVIII y XIX procedentes de la iglesia castrense de San Francisco entre otras exposiciones. El museo también dispone de una biblioteca con más de 14.000 volúmenes.