Согласно летописям, в первой половине XIV века митрополит Петр получил от великого князя московского Ивана Калиты участок земли севернее Успенского собора в Кремле для своего двора.

В 1450 году митрополит Иона построил на этом месте каменную церковь Ризоположения и первую каменную палату в Кремле. После московского пожара 1473 года митрополит Геронтий заново отстроил двор. В 1484-1485 годах псковские мастера возвели новую церковь Ризоположения, которая сохранилась до наших дней. Все последующие митрополиты, а с конца XVI века патриархи, продолжали развивать свои владения в Кремле, строя деревянные и каменные здания.

Во время польско-литовской интервенции и пожара 1626 года Патриарший двор пострадал от огня. Патриарх Филарет восстановил Крестовую и Столовую палаты, а также построил деревянные кельи и церкви.

В 1643 году начался новый этап строительства при патриархе Иосифе. Под одной крышей были возведены Крестовая, Золотая, Келейная и Казенная палаты, а также вспомогательные помещения. Руководил работами Антипа Константинов, участвовавший в строительстве Теремного дворца.

Следующий этап в истории патриаршего двора связан с патриархом Никоном. Осенью 1652 года начался разбор старых палат и строений на бывшем дворе Бориса Годунова, который Никон получил в дар от царя Алексея Михайловича. К концу 1655 года были построены новые палаты и церковь, а отделка помещений продолжалась до июля 1658 года, когда Никон оставил кафедру. Первый этаж дворца использовался для хозяйственных нужд, на втором располагались парадные залы и домовая церковь, а на третьем, личные покои патриарха.

Последующие патриархи также вносили изменения в архитектуру и декор дворца.

В 1721 году, после упразднения патриаршества и создания Святейшего Синода, в здании разместилась его Московская контора, что привело к значительным изменениям в планировке и оформлении палат.

В 1918 году Патриаршие палаты, как уникальный памятник архитектуры XVII века, были переданы музею. Началась длительная научная реставрация, в ходе которой зданию вернули его первоначальный облик. В 1967 году на втором этаже Патриарших палат открыли первую постоянную экспозицию.

В 1980 и 1985 годах проведены крупные научно-реставрационные работы, результатом которых стала современная экспозиция музея.

В 2010-х годах экспозиция музея была несколько изменена. В ходе ремонтных работ в 2013 году были раскрыты участки живописи XVII века на стенах парадных сеней и приказных палат.