Музей разместился в отреставрированном здании Пожарного обоза, построенного в 1874 году для 1-й части Симбирского полицейского управления. Хотя современники считали, что здание было слишком экономным и напоминало дамские платья того времени, всё в обтяжку, оно стало одним из самых заметных исторических памятников на Московской улице.

В 1920-е годы в этом здании находилась первая пожарная часть, а до 1968 года здесь располагалась городская пожарная часть № 3 Ульяновского горисполкома. Во время Великой Отечественной войны здесь работала мастерская по ремонту пожарной техники. До 1979 года в здании находился отряд профессиональной пожарной охраны и пожарная часть технической службы. В 1979 году, в год 60-летия Советской пожарной охраны, здесь открылась постоянно действующая Ульяновская пожарно-техническая выставка.

Каждый этап истории Пожарного обоза оставил свой след в этом здании. В 1930-х годах на южном фасаде были установлены ворота, а окна и дверные проемы заложены. Во второй половине XX века неоднократно изменялась внутренняя планировка.

Реставрация вернула историческую планировку помещений коридора и конюшен, где сейчас представлены уникальные экспонаты в натуральную величину: ручной насосный, санный параконный и линейка на рессорном ходу. Эти интерактивные экспонаты видны с улицы Ленина через открытые арки главного фасада. В конюшнях восстановлены стойла «образцового варианта». Эта часть экспозиции, результат большой исследовательской работы коллектива музея. Уникальные экспонаты, связанные с организацией пожарной охраны русских городов XIX века, можно увидеть только в Ульяновске. Дореволюционный раздел включает комплекс подлинных материалов и документов, диорам и виртуальных персонажей.

Советский период развития пожарного дела также нашел своё отражение. Он включает комплекс пожарно-технического оборудования и большой раздел по предупреждению пожаров. В новой экспозиции открыт и восстановлен гараж, свидетельствующий о жизни пожарной части 1940-1950-х годов, где экспонируется уникальный автомобиль на шасси ГАЗ-АА. Это единственный из пяти сохранившихся в мире автомобилей этой марки, доступный широкой публике.