Построенное еще в начале ХХ века (в 1903 году) как особняк купчихи Ю. Д. Репниковой, двухэтажное кирпичное здание на Привокзальной площади (ул. Гоголя, 10) сменило после этого много хозяев. Сначала оно использовалось для принятия важных персон во время их официальных и неофициальных визитов в город. В годы Революции и Гражданской войны там располагался Штаб обороны Царицынского Совета, потом – комендатура. Музей открылся в этих стенах в январе 1937 года, после чего здание получило статус исторического памятника республиканского значения.
Как и большинство домов в центре города после кровопролитных боев Сталинградской битвы здание оказалось сильно разрушенным. Восстановление его как можно ближе к оригиналу было поручено архитекторам С.З. Брискину и И.Е. Фиалко. Уже в 1947 году музей вновь открылся в воссозданном по крупицам здании.
Внутри для удобства размещения музейных экспонатов потребовалось провести некоторые перестановки и изменения планировки, но внешне памятник выглядит так же, как до того, как был разрушен. Особняк построен в неорусском стиле конца XIX – начала XX веков, с большими архитектурными изысками, с фигурной крышей, для возведения которой было применено большое количество решеток из металла с мощным кирпичным карнизом, с усиленной системой колонок и рустом, закрепляющими углы. Особенно выразителен парадный вход с улицы Гоголя.
Мемориально-исторический музей является важным элементом не только ансамбля архитектуры Привокзальной площади, но и имеет высокую художественную ценность для облика всего города.