L'hôtel particulier qui abrite aujourd'hui le musée était une propriété avec un jardin à l’anglaise du duc de Valmy avant d’être acheté en 1882 par Jules Marmottan, un riche industriel. Son fils, Paul Marmottan, hérita de la propriété et consacra sa vie à la collection d'œuvres d'art en regroupant deux collections : celle de son père sur le Moyen-Âge et la Renaissance, et la sienne. Passionné par l'histoire et l'art du Premier Empire, il réunit une collection exceptionnelle d'objets d'art et de tableaux de cette époque. Paul Marmottan était également un grand amateur d'art impressionniste. Il se lia d'amitié avec Claude Monet et acquit de nombreuses œuvres de l'artiste. À sa mort en 1932, Paul Marmottan légua son hôtel particulier et ses collections à l'Académie des beaux-arts. Le musée Marmottan ouvrit ses portes au public rapidement dès 1934. Depuis, la collection s’est élargie. En 1966, Michel Monet, fils de Claude Monet, légua au musée un ensemble important d'œuvres de son père, faisant du musée Marmottan le premier fonds mondial d'œuvres de Claude Monet. D’autres collectionneurs ont aussi légué leurs découvertes au musée, notamment la famille Duhem qui donna en 1985 plusieurs tableaux, dont certains de Rembrandt, ou encore Eugène Boudin.