Die schon jahrelang angedachte Idee einer Sammlung von technischen und naturwissenschaftlichen Errungenschaften wurde im Jahr 1906 in Angriff genommen. Die endgültigen Pläne für das "Deutsche Museum von Meisterwerken der Naturwissenschaft und Technik" stammten von Gabriel von Seidl (1848-1913), nach seinem Tod führte es sein Bruder Emanuel von Seidl (1856-1919) fort, konnte es aber ebenfalls nicht vollenden, was dann Eduard Oswald Bieber (1876-1955) im Jahr 1925 halbwegs gelang. Der Bibliotheksbau wurde drei Jahre später in Angriff genommen und genauso wie der darauf folgende Kongreßsaal von German Bestelmeyer (1874-1942) entworfen. Die Gesamtübersicht für dieses Projekt trug dabei stets Oskar von Miller (1855-1934), der als Begründer des Museums gilt. Als nächste Erweiterung nach seinem Tod folgte eine Kraftfahrzeughalle. Seitdem waren die Beseitigung von Kriegsschäden und der Umbau für neue Nutzungen für Jahrzehnte die bestimmenden Aufgaben. In den Jahren 1972 bis 1982 wurde eine Halle für Luft- und Raumfahrt ergänzt.
Die Bauwerke der heute langgestreckten Anlage entstanden allesamt auf der damaligen Kohleninsel, die seitdem als Museumsinsel bekannt ist. Laut dem Dehio (2006) war es damals der größte Eisenbetonbau Deutschlands. Den Aufbau von Milers Wunschprojekt unterstützte nicht nur Prinzregent Luitpold, sondern auch eine Reihe berühmter Wissenschaftler.
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