Музей обороны Москвы был основан 25 декабря 1979 года на историческом месте: здесь в 1941 году располагались оборонительные рубежи. Начало музею положила выставка к 40-летию Московской битвы, на которой были представлены документы и вооружение 1941—1942 годов. С 1981 года музей открыт для посетителей. А в 1994 году была проведена реконструкция экспозиционных залов музея. Постоянная экспозиция создана лишь в 1995 году и приурочена к 50-летию Победы. Музей занимает два нижних этажа в пятиэтажном здании, построенном для администрации Олимпийских игр в Москве в 1980 году. У входа расположена военная техника времён ВОВ.

Экспозиция музея включает около 4000 подлинных экспонатов, среди которых документы, фотографии, оружие, картины, личные вещи участников обороны Москвы. В шести залах музея располагаются семь тематических композиций. Экспозиция каждого зала посвящена определённому разделу обороны города:

1. Первые месяцы войны. Экспозиция зала охватывает события 1941—1942 годов и сконцентрирована на формировании дивизий народного ополчения, эвакуации населения и предприятий столицы, а также Смоленскому сражению.
2. Защита Москвы от вражеской авиации. Большое место отведено экспозиции, которая рассказывает о подвигах солдат ПВО, три года отражавших атаки фашистской армии. Самый значимый экспонат — подлинный аэростат заграждения.
3. Героическая оборона Москвы, Москва прифронтовая. Зал разделен на две выставки: здесь представлены обмундирование и снаряжение солдат Красной Армии, оборонявших столицу, и солдат немецких дивизий, атаковавших её.
4. Контрнаступление. Выставка посвящена ответному наступлению советских войск после сражения под Прохоровкой.
5. Победа. Экспозиция расположена на двух уровнях, где показан боевой путь сформированных воинских частей советской армии от Москвы до Берлина и Японии.
6. Память о войне и павших священна. На выставке представлены личные вещи участников ВОВ, которые рассказывают о послевоенной жизни выживших и увековечивают память погибших. Среди собраний музея большая коллекция наград, художественные издания о битве за Москву, а также скульптура Даниэля Митлянского. Отдельный стенд посвящен маршалу Жукову, четырежды Герою Советского Союза, где вывешен его портрет и находятся несколько принадлежавших ему предметов.

Кроме систематизации, изучения и пополнения экспонатов, музей проводит научно-практические конференции, презентации издаваемой литературы. Также музей организует интерактивные культурно-образовательные программы, начиная с младших классов:

Крылатые защитники страны — рассказывает о воздушных сражениях Красной Армии, а также об авиационных ударах по фашистским оккупантам в период Московской битвы.

Противовоздушная оборона столицы в период Московской битвы 1941-42 годов — посвящена изучению противовоздушной обороны: светомаскировке и боевых средствах защиты. Кроме того, в программу включено повествование о героях противовоздушной обороны — прожектористах, лётчиках, аэростатчиках и зенитчиков.

Танки Московской битвы — знакомит с основными типами танковой техники и применяемых боёв в период Московской битвы, а также с прогрессом отечественного конструкторостроения и подвигами советских танкистов.

Урок в музее «1941: рождение Победы?» — рассказывает о воздушных сражениях и авиационных ударах по немецким захватчикам.

Оружие защитников Москвы — дает представление о наиболее распространённых образцах стрелкового вооружения Красной Армии и Вермахта периода Московской битвы.

В музее действуют военно-исторический клуб «Звезда» и клуб защитников Москвы «Победители», где собираются ветераны войны, которые выступают с воспоминаниями перед посетителями. Музей проводит специализированные выставки: «Фронтовая графика Софьи Сергеевны Урановой 1942—1945 годов», «100 фотографий Бориса Вдовенко», «Редкие фотографии по истории Великой Отечественной войны и дальнейшему творческому пути фотокорреспондента Бориса Евгеньевича Вдовенко», «Москва военная», проводит экскурсии по музеюМузей обороны Москвы, 1997.