Das Museum von Wilanów ist das älteste polnische Kunstmuseum. Es wurde 1805 auf Initiative der damaligen Eigentümer Aleksandra und Stanisław Kostka Potocki gegründet. Ohne Unterbrechung machten alle weiteren Besitzer aus den Geschlechtern der Potockis und später der Branickis die Sammlung von Wilanów zugänglich. Populär gemacht wurde diese im Jahre 1877 durch die Veröffentlichung „Wilanów. Ein Album mit Ansichten und Andenken...“ von Hipolit Skimborowicz und Wojciech Gerson. Im Jahre 1893 hingegen wurde ein Führer durch den Palast von Wilanów und dessen Sammlung veröffentlicht.
Aufgrund der Landreform ging Wilanów mit seinem ganzen Vermögen nach dem Zweiten Weltkrieg ins das Eigentum des Staates über. Seit Ende der vierziger, etwa bis Mitte der fünfziger Jahre, wurden Teile der Sammlung aus deutschen, österreichischen und sowjetischen Gebieten zurückerstattet. 1954 begann man im Palast und im Park mit breit angelegten Revitalisierungsarbeiten. Als Richtlinie dafür wurde der Bezug auf die Epoche Jans III. und die barocken Dekorationen, dort, wo dies nur möglich war, angenommen. Die feierliche Eröffnung des Palastes von Wilanów als Dependance des Warschauer Nationalmuseums fand am 10. September 1962 statt, zwei Tage später, am Jahrestag der Schlacht am Kahlenberg, wurde der Palast der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. In den 1970er-Jahren besuchten jährlich 400 000 Menschen den Palast und die Gärten von Wilanów. Aus Anlass des 300. Jahrestages der Schlacht am Kahlenberg wurde 1983 in Wilanów die Jubiläumsausstellung „Ehre und Ruhm Jans III. in Kunst und Literatur“ organisiert.
Im Jahre 1995 wurde das Museum Palast von Wilanów eine vom Nationalmuseum unabhängige Einrichtung, die dem Ministerium für Kultur und Nationales Erbe untersteht. Ein Jahr später wurde die Ausstellung „Thron der Andenken“ zum 300. Todestag von Jan III. organisiert. Anfang des 21. Jahrhunderts wurden umfangreiche Revitalisierungsarbeiten, die sowohl die Fassade und das Innere des Palastes als auch das Gebiet des Parks und das Vorgelände des Palastes umfassen, in Angriff genommen. Die meisten Arbeiten wurden aus Mitteln der Europäischen Union und des Ministeriums für Kultur und Nationales Erbe finanziert. Seit 2006 ist das Museum Palast von Wilanów Mitglied der Association of European Royal Residences ARRE.
Das Museum organisiert regelmäßig temporäre Ausstellungen, Konferenzen und wissenschaftliche Seminare, betreibt wissenschaftliche Forschungen, veröffentlicht wissenschaftliche und populärwissenschaftliche Bücher und organisiert Workshops für alle Altersstufen, die sowohl den kulturellen als auch den natürlichen Schätzen der Residenz von Wilanów gewidmet sind. Im Internetportal des Museums, einem großen Repositorium mit Wissen, Informationen und Materialien, finden sich mehrere tausend Artikel zur Geschichte und Kultur der Adelsrepublik. Außerdem nutzt das Museum neue Technologien, die den Gästen die Besichtung erleichtern. Die jährliche Besucherzahl übersteigt 300 000, das Internetportal wird von über 700 000 Menschen besucht und im Hof, dem Vorgelände und in den Gärten sind über eine Million Menschen bei uns zu Gast.
Im September 2013 änderte das Museum seinen Namen in Museum Palast König Jans III. von Wilanów.
Langjähriger Direktor des Museums von Wilanów war Dr. Wojciech Fijałkowski. Seit 2002 hat diese Funktion Paweł Jaskanis inne.