Tehnički muzej osnovan je 21. prosinca 1954. odlukom Odbora grada Zagreba. Inicijator osnutka bio je uvaženi sveučilišni profesor dr. sc. Božo Težak koji je vizionarski osmislio Muzej kao spoj znanstvenoga centra i klasičnoga kompleksnog muzeja tehnike. Vizionarstvo profesora Težaka očituje se u njegovu poimanju Tehničkog muzeja, koji osim osnovnog sadržaja klasičnoga muzeja s postavom izvornih izložaka iz područja tehnike i tehnologije, djeluje kao edukacijski centar na podučavanju boljeg razumijevanja prirodnih znanosti i tehnike. Od samoga osnutka koncepcija Tehničkog muzeja bila usmjerena na publiku i edukaciju te cjeloživotno učenje i neformalno obrazovanje, što se podudaralo s novom paradigmom poslijeratnih europskih i američkih muzeja.

Povijest lokacije na adresi Savska cesta 18, zanimljiva je i povezana s područjem djelovanja Muzeja. Naime, prva tramvajska remiza današnjeg ZET-a (Zagrebačkog električnog tramvaja) bila je upravo na lokaciji Muzeja od kraja 1891. pa sve do izgradnje nove remize na Trešnjevci 1936., o čemu svjedoči i nalaz tramvajske tračnice iskopan prigodom radova u dvorištu Muzeja.

Muzejske zgrade sagrađene su 1949. prema projektu arhitekta Marijana Haberlea, kao proširenje izložbenog prostora Zagrebačkog velesajma u Savskoj 25. Nakon preseljenja Velesajma na novu prekosavsku lokaciju 1956., kompleks je 1959. dodijeljen Muzeju. Prenamjenu i prilagodbu sajamskog sklopa za muzej projektirao je autor izvornog prostornog rješenja, arhitekt Haberle. Riječ je o kompleksu građevina drvene urbane arhitekture koje su, zajedno s dvorištem, proglašene nepokretnom kulturnom baštinom i upisane u listu zaštićenih dobara Registra kulturnih dobara Republike Hrvatske. Sve su građevine izvedene u drvenoj skeletnoj konstrukciji, s rešetkastim krovnim nosačima, te zatvorene drvenom oplatom.

Tehnički muzej otvoren je za javnost 14. siječnja 1963. 

Jezgra današnjeg fundusa Tehničkog muzeja Nikola Tesla započinje donacijama Prirodoslovno-matematičkog fakulteta i tehničkih fakulteta zagrebačkog sveučilišta, Hrvatskog prirodoslovnog društva, tadašnje Narodne tehnike, niza velikih proizvodnih i gospodarskih sustava (Rade Končar, željeznice, brodogradilišta, elektroprivreda i drugi) te drugih muzeja (Muzeja za umjetnost i obrt). Tijekom proteklih pola stoljeća Muzej je svoj fundus obogatio nizom darova i otkupa od pojedinaca, ali i donacijama institucija, ustanova i tvrtki.

Godine 2015. odlukom Skupštine Grada Zagreba, Muzej je preimenovan u Tehnički muzej Nikola Tesla u počast jednom od najvećih izumitelja u povijesti.

U stalnom postavu prezentirano je 14 tematskih cjelina s nizom podtema: Transformacija energije, Prometna sredstva, Rudarstvo-geologija–nafta s modelom rudnika, muzeorama Zemljomjerstvo-katastarski ured, Demonstracijski kabinet Nikola Tesla i Vatrogastvo u prizemlju te Astronautika s Planetarijem, Poljodjelstvo, Apisarij (ogledne pčelinje košnice) te Odjel i info centar Obnovljivi izvori i energetska učinkovitost na katu velike izložbene hale A. Na katu se nalazi i postav Otvorena vrata gdje je predstavljena građa iz niza zbirki koje nisu zastupljene u stalnom postavu te se predstavljaju ”pogledom” u zbirku. Stalni postav posvećen obnovljivim izvorima i energetskoj učinkovitosti (2013.) kao i obnovljeni postav o nuklearnoj energiji (2014.) te Info kutak o radioaktivnom otpadu (2016.) posvećeni su aktualnim temama i problematici kako znanosti i tehnologije tako i društva u cjelini.

Osim više od tri tisuće predmeta izloženih u stalnom postavu, u čuvaonicama Muzeja je pohranjene su tisuće predmeta koji nisu prezentirani javnosti. Manji broj tih predmeta odnosi se na zbirke zastupljene u stalnom postavu, dok znatno veći broj predmeta pripada zbirkama tj. područjima tehnike kao što su: Računalna tehnika, Računska tehnika, Gramofoni i magnetofoni, Radijska i televizijska tehnika, Telegrafi i telefoni, Kućanska tehnika, Tekstilna tehnika, Medicinska tehnika, Rentgenska tehnika, Instrumenti i učila, Projektori nepokretnih slika, Fotografska tehnika, Kinematografska tehnika, Obrti, Nosači zvuka, Tehnika pisanja i umnožavanja teksta, Eletroenergija, Metalurgija, Parni strojevi, Rasvjeta, Uredska oprema i pribor i druge.

Odjel Transformacija energije prezentira kako razvitkom znanosti i tehnike odnosno pretvaranjem jednog oblika energije u drugi zadovoljiti potrebe za energijom kroz povijest ljudske civilizacije. Odjel kronološki prati primjenu mišićne energije, energije vode i vjetra, parnih postrojenja, motora s unutarnjim izgaranjem, elektroenergije i nuklearne energije. Odjel Prometnih sredstava podijeljen je na prometna sredstva na kopnu (cestovni i na tračnicama), vodi (moru, rijekama) i u zraku. U odjelu Rudarstvo–geologija–nafta posjetitelj se upoznaje s mineralima, stijenama, uzorcima ruda i različitim načinima eksploatacije mineralnih ležišta, tehnikama rudarstva, nastanku nafte i plina te njihovim načinima otkrivanja i tehnologijama vađenja i prerade. Model rudnika ugljena i metala u prirodnoj veličini, dugačak tristotinjak metara ispod Muzeja, vjerno oslikava prikaz rudarstva u 20. stoljeću Hrvatskoj, a soba Zemljomjerstvo-katastarski ured izgled katastarskog ureda iz prve polovice 20. stoljeća. U odjelu Astronautike modeli svemirskih letjelica, raketa i orbitalnih stanica naznačuju osvajanje Svemira, a u kupoli planetarija, osamdesetak posjetitelja, prateći predavanje, uživa u prikazu zvjezdanoga neba. U Demonstracijskom kabinetu Nikole Tesle, stotinjak posjetitelja s tribina prati desetak pokusa o okretnom magnetskom polju, Teslinim visokofrekventnim strujama i bežičnom prijenosu elektromagnetskih titraja, brodu s daljinskim upravljanjem, modelu Tesline turbine i drugom, aktivno sudjelujući u nekima od njih. Posjetitelji se također mogu upoznati s životnim putem i priznanjima koja su dodijeljena Nikoli Tesli. Odjel Poljodjelstva kroz dvije osnovne cjeline: kopaće naprave i oraće naprave upoznaje nas s načinima obrade tla.

U odjelu Transformacije energije ističu se: tijesak za vino iz 1871. upotrebljavan  na imanju zagrebačke nadbiskupije u Vugrovcu pokraj Zagreba, upravljački pult hidrocentrale Ozalj iz 1908., Girardova vodna turbina iz 1870. (dvorište Muzeja) koja je pogonila strojeve u riječkoj tvornici papira. Uspravni parni stroj iz 19. stoljeća iz pilane u Prezidu u Gorskom kotaru i lokomobil Umrath iz 1909. koji je pogonio generator za proizvodnju električne struje u Kninu pripadaju zbirci parnih strojeva, a stacionarni Dieselov motor Grazer Wagonn Fabriks iz 1911. zbirci motora s unutarnjim izgaranjem. Iz odjela Prometnih sredstava izdvajamo uskotračnu parnu lokomotivu Gabor iz 1890., tender parnu lokomotivu Samoborček iz 1930., dubrovački tramvaj iz 1912., automobil Mercedes-Benz S iz 1927., motorne saonice Knez iz 1931., džepnu podmornicu CB 20 - Mališan, iz 1943., avion Fizir FNH hrvatskoga konstruktora Rudolfa Fizira iz 1944. i javni sat s Kvaternikova trga u Zagrebu iz 1925. U odjelu Vatrogastvo zapažamo zaprežna momčadska vatrogasna kola iz druge polovice 19. stoljeća, parnu vatrogasnu štrcaljku Kernereuter iz 1889., automobilske vatrogasne ljestve Magirus K-20 iz 1924., kombinirano vatrogasno vozilo Chevrolet iz 1931. - sve korištene u Vatrogasnoj brigadi Zagreb te vatrogasnu štrcaljku Seltenhofer iz 1928. koju je rabilo DVD Brdovec. Iz odjela Astronomije pored atraktivnih modela raketa i satelita izloženi su teleskop Reiner Felder & Hertel iz 1901. koji je Oton Kučera nabavio za potrebe osnivanja Zagrebačke zvjezdarnice te projektor Kleinplanetarium ZKP-1, Carl Zeiss ugrađen u Planetarij muzeja i u svakodnevnoj funkciji. U odjelu Demonstracijski kabinet Nikola Tesla je Teslin transformator E. Durelf & Lefeuen iz 1895. te replike njegovih izuma. Iz odjela Poljodjelstva izdvajamo: željezni plug iz 1880. iz Martin Brijega (Dugo Selo) i drveni plug sa željeznim lemešom iz 19. stoljeća iz okolice Drniša. U odjelu Rudarstvo–geologija–nafta izloženi su garnitura za istraživanje bušenja Craelius, AB-2 iz 1950. i dubinska stapna sisaljka za naftu Wuelfel iz 1935. (dvorište Muzeja). Iznimno je vrijedan i radiodifuzni odašiljač Telefunken iz 1926. koji je bio prvi odašiljač Radiostanice Zagreb, izložen u postavu Otvorena vrata.

Od mnogih priča povezanih s muzejskim predmetima iz Tehničkog muzeja ”Nikola Tesla” karakteristična je ona o parnoj vatrogasnoj štrcaljki Kernereuter iz 1889. Dobivši glavni zgoditak na lotu od 2.900 forinti, Julio Zigeunner, konobar u uglednom restoranu Lovački rog iz Ilice u centru Zagreba, daruje navedeni iznos Dobrovoljnom vatrogasnom društvu u Zagrebu radi kupnje suvremene vatrogasne štrcaljke. U Beču je nabavljena prijevozna parna vatrogasna štrcaljka s konjskom zapregom koja je u čast darodavcu nazvana Julijeva parnjača i koju zagrebački vatrogasci odmah upotrebljavaju u požaru 2. ožujka 1890.

Uz obilazak monumentalnih objekata drvene urbane arhitekture i sada već jedinstven doživljaj dijela postava iz 1960-ih godina, jedinstven je doživljaj razgled predmeta kao što su podmornica, avioni, tramvaj, parne lokomotive, starodobni automobili, vatrogasna vozila, parni strojevi i drugi izlošci. Posebno ističemo spuštanje u podzemlje rudnika dugog više od 300 metara u samom centru grada i sudjelovanje u pokusima u kabinetu Nikole Tesle. Pomoću staklenih košnica sa živim pčelama (koje se hrane izvan prostora Muzeja) posjetitelji se upoznaju s pčelinjim zajednicama kao prirodnim sustavom života i proizvodnje te važnim činiteljem opstanka na Zemlji.

Atraktivni tramvaj M 24 iz 1924., koji je smješten u remizi ZET-a, nedjeljom besplatno vozi posjetitelje Muzeja zagrebačkim ulicama.

Tijekom godine u Muzeju se održavaju tematske izložbe, popularno-znanstvena i stručna predavanja, edukativne radionice i pedagoški programi kao što su: obilazak Nuklearne elektrane Krško, kemijske radionice, Dani svemira, Dani Nikole Tesle, razgled podmornice, Festival znanosti te ostale aktivnosti na popularizaciji znanosti i tehnike.

Posljednjih godina Tehnički muzej Nikola Tesla ostvario je i brojne međunarodne suradnje, osobito na polju izložbene djelatnosti te edukacije na području elektronike i DIY praksi. Muzej surađuje s nizom suradnika različitih profila (nezavisna scena, udruge, pojedinci, kulturne i obrazovne ustanove, tvrtke... ), potiče interdisciplinarnost i transdisciplinarnost, te interpretaciju baštine iz različitih perspektiva.