Pomieszczenie dla muzealnej ekspozycji waz antycznych ze zbiorów Potockich zaprojektował w połowie XIX w. najprawdopodobniej Karol Tytus Marconi, lokując je w przyziemiu północnej wieży pałacu. Zachowały się dwa projekty urządzenia tego wnętrza i jego widok z 1877 r., zamieszczony przez H. Skimborowicza i W. Gersona w albumie o pałacu wilanowskim. Na rycinie widać bogatą, bardzo konsekwentnie opracowaną dekorację sali, nawiązującą do prezentowanych w niej eksponatów. W ornamentalne formy roślinne i geometryczne, typowe dla greckiego malarstwa wazowego, wbudowane zostały kompozycje malarskie przedstawiające sceny z Odysei, będące transpozycją rycin Tomasza Piroliego, opartych na rysunkach Flaxmana. Przedstawione w tondach na sklepieniu nagie postacie chłopców i dziewcząt z antycznymi wazami są wzorowane na malarstwie ceramiki czerwonofigurowej z V w p.n.e.
Od momentu powstania gabinet podlegał różnym niekorzystnym czynnikom. Pod wpływem zmiennych warunków temperaturowo – wilgotnościowych następowała dezintegracja warstw tynku i farby. Pojawiły się odspojenia, spękania, pudrowanie warstw barwnych. Powierzchnie ścian przez lata pokrywały się kurzem, zmieniały pierwotną kolorystykę. W najgorszym stanie były glify okienne szczególnie narażone na zniszczenie przez oddziaływanie wilgoci i przemarzanie ścian. W czasie prowadzonych w 1960 r. prac konserwatorskich wykonano rozległe rekonstrukcje zniszczonych partii kompozycji malarskich. Z czasem retusze pociemniały, odróżniając się od oryginału. W niewiadomym czasie zdemontowano górne rzędy półek, ograniczając tym samym liczbę eksponowanych obiektów.
Przeprowadzone na przełomie 2004 i 2005 r. prace miały na celu konserwację wystroju pomieszczenia i odtworzenie jego pierwotnego wyglądu. Malowidła na sklepieniu i w glifach okiennych oczyszczono z zabrudzeń, plam i zacieków. Wzmocniono warstwę malarską. Przeprowadzono naprawy w obrębie tynków i zapraw. Stare, zmienione kolorystycznie retusze i rekonstrukcje zastąpiono nowymi. Opracowano ściany poniżej malowideł. Na podstawie wykonanych odkrywek ustalono ich pierwotną kolorystykę.
W oparciu o rycinę z 1877 r. i badania ścian odtworzono dawny układ kamiennych półek, dzięki czemu pomieszczeniu przywrócono pierwotną powierzchnię ekspozycyjną. Dekoracje malarskie odzyskały swój pierwotny koloryt. Pracom konserwatorskim i restauratorskim poddano także klasycystyczne portale i odrzwia drewniane imitujące kamień, oraz bogato dekorowane, polichromowane skrzydła drzwi.
Oddzielnym przedsięwzięciem było poddanie konserwacji większości naczyń ceramicznych, stanowiących część kolekcji zgromadzonej przez Stanisława Kostkę Potockiego w czasie jego podróży do Włoch oraz naczyń nabytych przez jego wnuka Augusta w 1853 r. Jest to zbiór w zdecydowanej większości wykonany w ówczesnych warsztatach produkujących imitacje naczyń antycznych, zgodnie z oczekiwaniami rosnącej liczby zainteresowanych nimi zbieraczy. Po latach problemem okazała się trwałość dekoracji, która była wykonywana na powierzchni naczyń techniką temperową. W ciągu 200 lat eksponowania i przechowywania, na skutek rozkładu spoiwa poszczególne naczynia utraciły od 10% do 90% warstwy malarskiej. W kilkunastu przypadkach doszło również do utraty wystających elementów, jak uchwyty czy krawędzie. Zabiegom konserwatorskim poddano 30 eksponatów. Brakujące fragmenty zostały odtworzone, a łuszcząca się warstwa malarska zabezpieczona i wyretuszowana.