В 1909 году на поле сражения в небольшом здании, построенном недалеко от Братской могилы русских воинов, был создан первый музей Полтавской битвы. Денег казна отпустила всего 5 тысяч рублей, экспозиция создавалась в основном на пожертвования лиц «в разных концах земли русской, сочувствующих осуществлению этого музея».
Музей истории Полтавской битвы был открыт 26 июня 1909 года накануне 200-летнего юбилея битвы. Создателем музея и его первым директором был известный историк и краеведец, преподаватель истории Петровского Полтавского Кадетского корпуса, действительный статский советник, подполковник Иван Францевич Павловский.
Деятельное участие в создании музея принимал председатель комиссии по организации празднования 200-летия полтавской битвы генерал от кавалерии А.А. Бильдерлинг. Прекрасный рисовальщик и акварелист, Бильдерлинг-один из авторов памятника герою обороны Полтавы полковнику А.С. Келину и славным защитникам города в 1709 году.
В музее было собрано более 300 экспонатов, среди которых холодное и огнестрельное оружие, портреты, гравюры, полковые флаги и образцы военной формы, которые поступили из Артиллерийского музея С.-Петербурга, музеев Москвы, Стокгольмского Королевского архива и Генштаба, отдельных частных лиц Полтавы и уездных городов Полтавской губернии. Первоначально музей располагался в небольшом здании, построенном для него внутри ограды церкви Св. Сампсония.
Во время гражданской войны на Украине 1917-1918 музей истории Полтавской битвы неоднократно подвергался ограблению. Среди похищенных экспонатов: оружие, живопись, серебряные и бронзовые вещи. В 1918 году остатки экспозиции музея были переданы И.Ф.Павловским на хранение в Центральный Пролетарский музей Полтавщины (теперь Полтавский областной краеведческий музей). Музей истории Полтавской битвы прекратил свое существование на несколько десятилетий.
Первое здание музея Полтавской битвы находится в ведении Сампсониевской церкви. В 2009 году (в канун 300-летнего юбилея Полтавской битвы) здание музея было отреставрировано. Там планировалось организовать русскую церковную школу. Но планам не суждено было осуществиться и в настоящее время здание пустует.
