In de zomer van 2000 kwam Frederik "Freddy" Braun tijdens zijn vakantie in Zürich in een modelbouwwinkel op het idee de grootste modeltreinbaan ter wereld te gaan maken. Thuisgekomen peilde hij via een internet-enquête onder willekeurig gekozen mannen of het plan met echte en fictieve bezienswaardigheden in Hamburg levensvatbaar was. Toen dit het geval bleek, nam Frederik samen met zijn tweelingbroer Gerrit contact op met de Hamburger Sparkasse, een bank die op basis van financiële onderpanden van de broers (onder meer een discotheek) een lening verstrekte van 2 miljoen Duitse mark.

In december 2000 werd de onderneming Miniatur Wunderland Hamburg GmbH opgericht. De oprichters waren vader Jochen W. Braun, zakenman en schrijver van boeken over vliegtuigongevallen, zijn beide zoons Frederik en Gerrit, en Stephan Herz, die samen met de broers Braun medeondernemer was van discotheek Voila en het platenlabel EDM Records. Later voegde zich de jongere halfbroer van Gerrit en Frederik, Sebastian Drechsler, zich bij het gezelschap, voornamelijk voor de public relations.

In het historische stadsdeel van Hamburg, Speicherstadt, werd een oud fabriekscomplex aangekocht. In de leegstaande ruimte ging de realisatie van start en op 16 augustus 2001 gingen de eerste drie secties in bedrijf: de fictieve stad Knuffingen, Midden-Duitsland en Oostenrijk. Uitbreiding vond plaats met Hamburg en de Duitse kust en vanaf dat moment (in 2002) was Wunderland al de grootste Europese modelspoorbaan. Met de uitbreidingen Verenigde Staten in december 2003 en Scandinavië in juli 2005 waren de broers dicht bij hun doel: de grootste modelspoorbaan ter wereld te bouwen. Door de grote aantallen bezoekers en de snelle bouw van nieuwe secties was het mogelijk zonder overheidsgelden de financiën op peil te houden.

Op 28 maart 2010 kregen Frederik, Gerrit Braun en Stephan Herz voor hun sociale betrokkenheid het Kruis van Verdiensten in de orde van verdiensten voor de Bondsrepubliek Duitsland. In 2012 werd Miniatur Wunderland als beste techniek- en industriemuseum van Europa genomineerd voor de Luigi Micheletti Award.

Op 26 maart 2010 werd de tien miljoenste bezoeker verwelkomd en op 13 augustus 2014 waren er 12 miljoen bezoekers geweest.

De luchthaven Knuffingen International Airport (2011) is gebaseerd op de luchthaven Hamburg-Fuhlsbüttel en bestaat uit een miniatuurvliegveld met meer dan 40 daadwerkelijk taxiënde, opstijgende en landende modelvliegtuigen en rijdend luchthavenverkeer. Het is de grootste miniatuurluchthaven ter wereld.

Op 10 september 2015 brachten Gerrit en Frederik het ontbrekende verbindingsstuk in de spoorbaan tussen de sectie Zwitserland en de nieuwe sectie Italië aan. Daardoor werd de lengte van de spoorbaan van 13 kilometer op 15,4 kilometer gebracht, wat goed was voor een vermelding in het Guinness Book of Records. Op 16 augustus 2019 werd dit record verbroken door de toevoeging van 315 meter aan de reeds bestaande lengte van 15.400 meter.[1]

De laatst bijgebouwde sectie is Venetië (2018). De verwachting is dat de totale constructie in 2020 helemaal af is, inclusief de nog geplande sectie (Frankrijk) waardoor de totale oppervlakte zal uitkomen op 2300 m². Er zijn echter alweer nieuwe secties gepland: Engeland/Schotland, Ierland/Wales, Monaco, de Benelux, Afrika en Australië.

Medio augustus 2019 werd bekend dat er een nieuw gedeelte bijgebouwd zou worden: Zuid-Amerika. Om dit te verwezenlijken moest er een nieuwe ruimte bij komen. Deze werd gevonden in een naastliggend gebouw van het zelfde ontwerp als dat waarin nu MiWuLa is gebouwd. Een loopbrug over het tussenliggende water om de twee gebouwen te verbinden werd op 15 juli 2020 geplaatst. Om de juiste sfeer, de exacte kopieën van gebouwen, zoals bijvoorbeeld die van Rio de Janeiro, te verwezenlijken werd contact gezocht met een groep Venezolaanse maquettebouwers, omdat die de kennis bezitten van hoe de gebouwen daar tot stand zijn gekomen en hoe de specifieke omgeving eruit ziet. Op deze wijze worden ook de maquettes gemaakt. In december 2021 werd het eerste gedeelte van Zuid-Amerika, Rio de Janeiro, geopend. Behalve de loopbrug verbindt een spoorlijn de twee continenten.
Tijdens de coronapandemie werd in 2020 en 2021 Miwula voor bezoekers stilgelegd, terwijl groot onderhoud aan diverse secties en rollend materieel plaatsvond. Later in 2021 werd Miwula weer voor publiek opengesteld.