Das Historisch-Technische Museum Peenemünde entstand im Kern bereits kurz nach der deutschen Wiedervereinigung und wurde vor allem von Menschen vor Ort aufgebaut, darunter vielen ehemaligen NVA-Soldaten und Kraftwerkern. Im September 1990 initiierten sie mit weiteren Interessierten aus dem Umkreis zunächst den „Neuen Historischen Verein Peenemünde in Vorpommern e.V.“, um die Peenemünder Geschichte aufzuarbeiten.
Im Februar 1991 gründete ein breiterer Kreis zudem einen „Verein zur Förderung eines Historisch-Technischen Museums Peenemünde – Geburtsort der Raumfahrt“, in dem der „Neue Historische Verein“ nach wenigen Jahren aufging. Das Interesse des Fördervereins galt jedoch weniger der Regionalgeschichte insgesamt, sondern war auf den Rüstungsstandort Peenemünde und die Raketengeschichte konzentriert.
Bereits am 9. Mai 1991 wurde mit dem „Historisch-Technischen Informationszentrum“ eine erste Ausstellung in der Bunkerwarte eröffnet. Die Hobbyhistoriker sammelten Fotos, Dokumente und Sachzeugnisse und statteten damit die Ausstellung aus. In der Folge gab der Förderverein Publikationen zur Peenemünder Geschichte heraus und veranstaltete Vorträge. Diese Aktivitäten erfolgten ab Mitte der 1990er Jahre nur noch begleitend zum Angebot des Informationszentrums, das in der Trägerschaft der Gemeinde Peenemünde lag.
1996 wurde eine externe Projektgruppe aus Historikern vom Land eingesetzt, die mit der Konzeption und Umsetzung einer neuen, größeren Dauerausstellung beauftragt wurde. Die Dauerausstellung „Peenemünde – Mythos und Geschichte der Rakete, 1923 bis 1989“ wurde 2000/2001 eröffnet und ist bis heute zu sehen. Seit 2010 engagiert sich neben der Gemeinde auch das Land Mecklenburg-Vorpommern als mehrheitlicher Träger des Museums, das seitdem „Historisch-Technisches Museum“ heißt.