Музей организован решением Правительства РСФСР 12 апреля 1990 года. Согласно Уставу Музей Мирового океана является республиканским центром научных исследований и научно-методической работы в области изучения истории исследования и природы океана.
В Музее Мирового океана создана единственная в стране Набережная исторического флота, у причала которой ошвартованы: самое крупное в мире научно-исследовательское судно-музей «Витязь» (1994), единственная в стране подводная лодка-музей 641-го проекта на плаву «Б-413» (2000), единственное в мире судно космической связи «Космонавт Виктор Пацаев», имеющее музейную экспозицию (2001), единственное в стране рыболовное судно-музей «СРТ-129» (2009). Набережная исторического флота протянулась до Санкт-Петербурга, где ошвартован старейший в мире ледокол «Красин», являющийся филиалом музея (2004). На судах представлена история исследования и освоения Мирового океана.
В состав музейного берегового комплекса в Калининграде входят: главный корпус, где представлена экспозиция «Мир океана. Прикосновение…» (2003) с аквариумами, коллекциями раковин морских моллюсков и кораллов, геологических и палеонтологических образцов; выставочные корпуса «Морской Кёнигсберг-Калининград» и «Пакгауз» (2007), павильон военно-морского центра «Куб воды» (2014); фондохранилище с экспозицией «Глубина» (2015), в котором можно увидеть глубоководный аппарат «Мир-1» Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН и крупнейший в стране скелет кашалота. Источник
Музею Мирового океана также принадлежат возрожденные памятники архитектуры XIX века: Королевские ворота, в которых разместился историко-культурный центр «Великое посольство» (2005), а также Фридрихсбургские ворота с историко-культурным центром «Корабельное воскресеие» (2011).
В театре эстрады «Янтарь-Холл» города Светлогорска Калининградской области расположен Морской выставочный центр (2015), где хранится и экспонируется уникальная этнографическая коллекция «Люди моря» (предметы культуры и быта народов Юго-Восточной Азии и племен Новой Гвинеи). Здесь же регулярно открываются передвижные выставки и проходят музыкальные вечера.