Il Museo, che ha sede nell'ex convento delle Pie Suore Oblate, fu inaugurato nel 1908 e aperto al pubblico solo nel 1956. L'apparato espositivo ricostruisce, attraverso una serie di dipinti, disegni e stampe, le più importanti trasformazioni urbanistiche di Firenze dal Rinascimento al secolo XX. Fra gli oggetti, sono almeno da segnalare: l'eccellente riproduzione ottocentesca della famosa Carta della catena del 1470 (l'originale è conservato presso il Friedrich Museum di Berlino); la Veduta topografica di Firenze di Stefano Bonsignori del 1584, la prima rilevata con criteri scientifici; le dodici lunette ad olio delle Ville Medicee di Giusto Utens del 1599; le incisioni settecentesche di Giuseppe Zocchi; vari dipinti di Firenze e dintorni, oltre ai disegni e ai progetti delle sistemazioni urbanistiche di Firenze dell'architetto Giuseppe Poggi. Di notevole interesse è anche la sezione sull'evoluzione dell'area fiorentina dai primi insediamenti all'età romana. Il Museo possiede, inoltre, un archivio topografico con vario materiale cartografico e organizza periodicamente interessanti mostre tematiche. L'allestimento del Museo è temporaneo, in attesa dell'istituzione del nuovo Museo della Città a Palazzo Vecchio.