Muzeum zostało zbudowane w celu prezentacji statku polarnego „Fram”, który był statkiem norweskich wypraw badawczych do Arktyki i Antarktyki. „Fram” powstał w 1892 roku na zamówienie podróżnika Fridtjofa Nansena i wziął udział w trzech wielkich ekspedycjach polarnych: Fridtjofa Nansena (w latach 1893–1896), Ottona Sverdrupa (w latach 1898–1902) oraz Roalda Amundsena (w latach 1910–1912).

Po ostatniej wyprawie „Fram” dotarł do Norwegii dwa tygodnie przed wybuchem I wojny światowej w 1914 roku[1] . Jego pobyt w tropikach doprowadził do próchnienia drewna, dlatego Amundsen na kolejną wyprawę zmuszony był zbudować nowy statek, który nazwał na cześć królowej Norwegii „Maud”[2] .

„Fram” niszczał w Horten i po wojnie powstało wiele komitetów, które pracowały nad jego ocaleniem, jednak bez sukcesu[3] . Gdy w 1925 roku polarnik Otto Sverdrup został wybrany przewodniczącym komitetu ds. ocalenia „Frama”, ten po wielu latach starań został odholowany do stoczni Framnæs Mekaniske Verksted w Sandefjord, gdzie został wyremontowany[3] .

W 1934 roku Stowarzyszenie Architektów w Oslo ogłosiło konkurs architektoniczny na zaprojektowanie budynku w którym zostałby umieszczony statek[3] . W konkursie nadesłano 60 zgłoszeń, a zwycięzcą został projekt „Saga” architekta Bjarne Tøiena[3] . Gmach ukończono w 1936 roku i statek wciągnięto do wnętrza przy pomocy silnika elektrycznego[3] . Uroczyste otwarcie muzeum, w obecności króla Haakona VI i księcia Olafa, miało miejsce 20 maja 1936 roku[3] . W roku otwarcia muzeum odwiedziło 18 tys. zwiedzających[3] .

W 2013 roku wybudowano obok drugi budynek muzeum, gdzie wystawiona została wyremontowana „Gjøa”[3]  – pierwszy statek, który przepłynął przez Przejście Północno-Zachodnie w latach 1903–1906[4]. Obydwa gmachy łączy przejście podziemne[3] .

W 2018 roku muzeum zostało zmodernizowane – uroczyste otwarcie w obecności minister spraw zagranicznych Ine Marie Eriksen Søreide miało miejsce 7 maja 2018 roku[5].