All'inizio del XVII secolo l'arsenale della città sorgeva nell'edificio posto nella odierna Piazza Fonderia, costruito nel 1601 proprio come arsenale per le regie galere, ormeggiate sul fondo del porto della Cala. Dopo poco tempo, in seguito all'espansione del porto di Palermo con la costruzione del nuovo molo più a nord (1567-1590), si decise di spostare anche l'arsenale in un luogo più conveniente e spazioso, lasciando al vecchio edificio il ruolo di fonderia per le artiglierie (Real Fonderia alla Cala).

Il museo è diviso in cinque sezioni:

- sezione storica (nella quale si possono ammirare due cannoni di epoca borbonica, fusi tra il 1781 e il 1785);
- sezione fotografica (che documenta la storia dell'antica Via del Molo);
- sezione delle tradizioni marittime e oggettistica marinara (Nassa per la pesca, Corno da nebbia, Lampara);
- sezione dei motori marini (Motore marino FIAT del Sommergibile Medusa, 1909);
- sezione modellistica navale (riproduzioni in scala di sciabecchi militari siciliani, galere e barche cannoniere).