Дом-музей М. В. Матюшина расположен на улице Профессора Попова, называвшейся ранее Песочная. Деревянный дом был построен в 1840–1850-е годы на территории сада, перешедшего во второй половине ХIХ века во владение «Общества пособия нуждающимся литераторам и ученым» («Литературного фонда»). Впоследствии дом неоднократно перестраивался. В 1891–1899 годах он принадлежал литератору и журналисту В. О. Михневичу. В 1904 году дом был приобретен Литературным фондом у вдовы Михневича. В 1912 году в квартире № 12 поселился один из зачинателей русского авангарда – художник, автор теории «расширенного смотрения», музыкант, педагог, издатель Михаил Васильевич Матюшин (1861–1934) с Еленой Генриховной Гуро (1877–1913), известной художницей и писательницей.

На протяжении нескольких десятилетий дом М. В. Матюшина был одним из центров культурной жизни Петербурга–Петрограда–Ленинграда, объединявшим художников, музыкантов, литераторов. В 1910–1920-е годы здесь часто бывали К. С. Малевич, П. Н. Филонов, А. Е. Крученых, В. В. Маяковский, В. В. Хлебников, В. В. Каменский, братья Бурлюки; ученики Матюшина: братья и сестры Эндеры, В. Э. Делакроа, Н. И. Костров, Е. С. Хмелевская, Е. М. Магарил, О. П. Ваулина, И. В. Вальтер, Е. Я. Астафьева, В. П. Бесперстова.

В годы Великой Отечественной войны в этом доме часто собирались писатели А. А. Фадеев, Н. С. Тихонов, В. М. Инбер, М. А. Дудин, А. А. Крон. В квартире вдовы Матюшина Ольги Константиновны с августа 1942 по ноябрь 1944 года жил писатель В. В. Вишневский. В годы блокады дом Матюшина как историко-культурный памятник по решению Областного комитета партии не был разобран на дрова в отличие от многих деревянных построек и сохранил своей довоенный облик. О. К. Матюшина прожила в этом доме до 1975 года, сохранив в неприкосновенности мемориальную обстановку квартиры, личные вещи, живописные и графические работы М. В. Матюшина и Е. Г. Гуро, которые впоследствии приобрел у нее Музей истории Ленинграда.

6 июня 1977 года было принято Решение Ленгорисполкома № 413 «О передаче Государственному музею истории Ленинграда дома № 10 по улице Профессора Попова». В июле 1979 года дом был окончательно расселен и передан музею.

В 1987 году вследствие неудовлетворительного состояния дом был разобран. Восстановленный впоследствии сруб сильно пострадал в результате пожара летом 1990 года. В 1993–1995 годах был изготовлен новый сруб, который простоял без отделки в течение почти четырех лет из-за отсутствия финансирования.

С конца 1999 года в здании велись восстановительные работы. В декабре 2006 года музей был открыт для посетителей.