El Museo Naval de Cartagena tiene su sede principal en el antiguo Cuartel de Presidiarios y Esclavos, construido en 1786 por el ingeniero militar Mateo Vodopich. Desde su construcción el edificio pasó por diferentes usos como Centro Penitenciario del Estado (1824), Presidio (1910) o Cuartel de Instrucción de Marinería.

Tras el convenio firmado por el Ministerio de Defensa, la Comunidad Autónoma de la Región de Murcia y la Universidad Politécnica de Cartagena (2005) se establece el uso compartido entre Universidad y Museo Naval, que se ubica en la mitad sur de la planta baja del edificio.

En el año 2013, el museo se completa con la inauguración de la Sala Isaac Peral, ubicada en el antiguo Taller de Fundición del Arsenal. Un edificio construido en el siglo XIX para albergar los talleres de fundición necesarios en los nuevos procesos de construcción naval.

El complejo del museo se completa con la plaza que sirve de espacio de comunicación entre las dos sedes y la batería de cañones, compuesta por piezas de diversos calibres, que se extiende frente al edificio principal, recreando la configuración de la antigua batería de costa del siglo XVIII. Todo el conjunto se sitúa en un entorno privilegiado en plena fachada marítima de la ciudad portuaria.