Музей находится в 6 км от Севастополя на Сапун-горе. Возвышаясь над уровнем моря на 240 м, высота протянулась от Белокаменска почти до Балаклавы. Во время героической обороны Севастополя 1941 – 1942 гг., и особенно в период его освобождения весной 1944 г. эта естественная восьмикилометровая преграда на подступах к городу стала ареной ожесточенных боев.
В память о воинах, сражавшихся за Севастополь, уже 1 мая 1945 г. на Сапун-горе был открыт небольшой военно-полевой музей. В нем экспонировались реликвии войны: документы, фронтовые фотографии воинов-освободителей, их личные вещи, оружие. Были выставлены и трофеи, захваченные у врага.
Открытие диорамы «Штурм Сапун-горы 7 мая 1944 года» состоялось 4 ноября 1959 г. В полукруглом здании на втором этаже находится диорама, внизу в двух залах размещена экспозиция, рассказывающая о подвиге советских воинов в боях за Севастополь.
В первом зале представлены материалы о начале Великой Отечественной войны. Три раздела второго зала посвящены 250-дневной героической обороне города, боевым действиям Севастопольского и Балаклавского партизанских отрядов и севастопольским подпольщикам, освобождению Крыма и Севастополя весной 1944 г.
В музее представлены многочисленные материалы о героях освобождения Севастополя.
Автор диорамы – Петр Тарасович Мальцев, заслуженный деятель искусств РСФСР, народный художник СССР, художник-баталист Военной студии художников им. М. Б. Грекова.
Для максимальной достоверности использовали фронтовые фотографии героев, а в предметный план были вмонтированы подлинные реликвии, найденные на месте боев, остатки дотов периода обороны Севастополя 1941 – 1942 гг., а также фашистское оружие, снаряжение.
Вторая половина дня 7 мая 1944 г. Бой идет за каждый метр севастопольской земли. Враг яростно сопротивляется.
На живописном полотне воспроизведены эпизоды боя. Вот расчищает путь своим товарищам пулеметчик Кузьма Москаленко, занял удобную позицию в разрешенном вражеском укреплении снайпер старшина Николай Морятов, уничтоживший при штурме более двадцати фашистов. На переднем плане – санинструктор Женя Дерюгина, студентка Севастопольского судостроительного техникума, участница обороны Севастополя, погибшая на подступах к городу от пули фашистского снайпера.
Рядом – смертельно раненный моряк Семен Машкевич и рядовой Дадаш Бабжанов, уничтоживший в боях за Севастополь 17 гитлеровцев (удостоен звания Героя Советского Союза). В центре диорамы разведчики – раненный в руку лейтенант Михаил Головня и старший сержант Николай Гунько, ведущий меткий огонь из ручного пулемета. Правее – сапер Федор Скрятин. Его рука безжизненно повисла на остатках проволочного заграждения. Уже получив тяжелое ранение, он сумел подавить вражеский дот, забросав его противотанковыми гранатами. Посмертно отважному воину присвоено звание Героя Советского Союза. В центре картины увековечен подвиг гвардии рядового Ашота Маркаряна. Заметив, что фашистский автоматчик, укрывшийся за обломками дота, прицелился в лейтенанта Сахарова, он прикрыл командира своей грудью. Несмотря на ранение в голову, не покинул поле боя рядовой Илья Поликахин. Одним из первых он прорвался к вершине, а 9 мая вместе с разведчиками Н. Гунько и М. Головней водрузил красный флаг на здании Севастопольской гидрометеостанции. За этот подвиг И. Поликахин удостоен звания Героя Советского Союза.
Рядовой Иван Яцуненко, подхватив штурмовой флаг из рук смертельно раненного парторга роты Евгения Смеловича, водрузил флаг на вершине высоты. У гребня Сапун- горы художники запечатлели Михаила Дзигунского, повторившего подвиг А. Матросова. Среди других героев полотна – В. Комиссаров, В. Жуков, С. Елагин, Н. Супрягин.
На площади у здания диорамы расположена открытая экспозиция советской боевой техники и вооружения периода Великой Отечественной войны.
В мемориальный комплекс Сапун-горы входят памятник 51-й армии и обелиск Славы.
Диораму ежегодно посещают 580 тыс. гостей и жителей Крыма.