BilletterieL’association Le Vieux Marly est à l’origine des collections du musée.
Société archéologique, historique et artistique fondée en 1930, elle étudie et valorise tout particulièrement le patrimoine de Marly-le-Roi. En 1934, Le Vieux Marly installe au Pavillon du Butard, à Vaucresson, les collections qu’il a rassemblées. Pendant la guerre, elles trouvent refuge dans d’autres musées, celui du château de Versailles puis celui de Sceaux.
Le 5 mai 1968, un nouveau musée est inauguré dans le bâtiment du Chenil, abritant aujourd’hui l’hôtel de ville de Marly-le-Roi. Les collections présentées dans deux salles sont celles du Vieux Marly et celles du don Perceval. La gestion scientifique est confiée à un conservateur.
Rapidement, les collections se trouvent à l’étroit.
En 1971, les municipalités de Marly-le-Roi et Louveciennes, liées par leur histoire, s’unissent pour créer un musée.
En 1976, est fondé le Syndicat Intercommunal à Vocation Unique (SIVU) ayant d’abord pour mission l’étude et la construction du futur musée et ensuite sa gestion.
Pour améliorer la mise en valeur des collections et développer les activités du musée, les élus et le personnel scientifique décident que le musée offrira, en plus du parcours muséal, différents espaces : réserves, salles pédagogiques, bureaux administratifs et centre de documentation.
Ainsi naît le « Musée-Promenade » en référence à la promenade dans le parc de Marly à laquelle il invite. En 1980 commencent les travaux du bâtiment actuel, inauguré le 18 octobre 1982. L’emplacement choisi est celui de l’entrée historique du domaine royal de Marly, la Grille Royale. Le Vieux Marly cède alors par donation ses collections au musée, fonds qui n’a cessé de s’enrichir.
A l’issue de la rénovation menée de 2017 à 2019, pour être en adéquation avec son nouveau parcours muséographique, le musée change de nom.
Il devient le musée du Domaine royal de Marly.