Il museo inizialmente non aveva locali propri. I primi oggetti che Adalberto Pazzini andava radunando erano collocati in una stanza che comprendeva insieme direzione, biblioteca, studenti e schedari, al piano terra dell'Istituto di Igiene. Questo spazio era stato concesso dall'allora direttore dell'istituto stesso Prof. Dante De Blasi, che desiderava donare all'università un nuovo Istituto, che comprendesse biblioteca e museo. Grazie al continuo apporto di reperti da parte di Pazzini e di generose donazioni di singoli, nel 1938 furono concessi altri locali più ampi che occupavano anche una parte del seminterrato dell'Istituto di Igiene. L'Università concorse economicamente alla costruzione di nuovi scaffali che permisero di sistemare e presentare al pubblico le collezioni che via via andavano formandosi. Nonostante le più ampie concessioni di locali da parte di Vittorio Puntoni, succeduto a De Blasi nella direzione dell'Università, le condizioni divenivano sempre più precarie, tanto che, mentre vasti magazzini accoglievano materiale preziosissimo che di continuo veniva acquisito o donato al museo, il museo stesso stava diventando un vero magazzino di statue, quadri, oggetti, plastici, strumenti. Nel 1943 dovette affrontare i bombardamenti che colpirono la città universitaria. Nel 1945 i locali del museo, per la loro particolare collocazione nel seminterrato, furono trasformati in un rifugio antiaereo, le finestre furono murate e all'interno dei locali stessi vennero alzati tre grossi muri antischegge. Alla fine della guerra i danni furono riparati e la costante ricerca di Pazzini di nuovo materiale allargò e diede completezza alle collezioni del museo già presenti, permettendone la nascita di nuove. Il numero degli oggetti acquisiti era così tanto aumentato da colmare pienamente i locali sotterranei dell'Istituto di Igiene e impedire la fruibilità degli spazi. Già dalla fine degli anni trenta Pazzini si era adoperato per ottenere una nuova sede dotata di locali adeguati ad ospitare un Istituto con annessa biblioteca e museo. Nel 1949, avuta la notizia che il Ministero dei lavori pubblici aveva stanziato un fondo per la costruzione di edifici da destinarsi ad opere universitarie, Pazzini rivolse innumerevoli richieste affinché fra questi edifici rientrasse anche la costruzione di uno adatto per il museo “documentario”. Nel 1953 iniziarono i lavori e il 13 settembre 1954, dopo uno straordinaria opera di allestimento del museo e di sistemazione della biblioteca, venne inaugurata la nuova ed attuale sede dell'Istituto di Storia della Medicina. Alla morte di Pazzini, nel 1975, il museo entrò in un lento declino, tale da compromettere la conservazione e la fruizione delle collezioni. Interventi volti a riqualificare una struttura in gravi difficoltà avvennero solo verso la fine degli anni novanta, quando Luciana Rita Angeletti ne assunse la direzione, intervenendo con opere di restauro e di rivisitazione dell'allestimento. Ciò permise al museo di riguadagnare prestigio scientifico e di inserirsi in un contesto internazionale di ricerca, formazione e divulgazione sui temi salienti della storia della medicina, della biomedicina e dei rapporti tra scienze biomediche e società.