Музей организован в 1934 г. по специальному постановлению Правительства СССР в ознаменование 50-летия научной и педагогической деятельности В. Р. Вильямса. В 1938 г. по проекту архитектора Осипова М. И. при активном участии В.Р. Вильямса началось строительство здания музея. Площадь демонстрационных залов составляет 1518 кв.м. С 1954 г. здесь развернута экспозиция, где выставлены экспонаты, характеризующие генезис, географию, плодородие почв и их использование.
Лично В.Р. Вильямсом и его многочисленными учениками с 1888 по 1939 гг. были собраны тысячи экспонатов: почвенные монолиты, образцы генетических горизонтов, горных пород, гербарий.
Музей имеет важное значение в пропаганде научных знаний в области почвоведения, генезиса и классификации почв, проведении практических занятий со студентами и специалистами сельскохозяйственных учреждений. Музей по праву считается самым крупным почвенным музеем в нашей стране, он широко известен во многих странах мира.
В основу экспозиции положен принцип зонального почвенно-географического районирования. Кроме того, показаны особенности развития почвенного покрова отдельных регионов России, СНГ и зарубежных стран.
В сборе коллекции участвовало несколько поколений исследователей, известных ученых-почвоведов, геоботаников, биологов: В.Р. Вильямс, А.Н. Соколовский, В.П. Бушинский, Н.М. Тулайков, П.А. Мантейфель, Н.И. Савинов, В.А. Францессон, С.П. Ярков, О.С. Ростовцева, М.П. Григорьев, Н.Д. Емельянов, А.П. Шурыгин и др.
Особого внимания заслуживают монолиты и образцы почв, отобранные из глубоких шурфов 10, 14 и 20 м – ассистентом кафедры почвоведения Н.И. Савиновым и почвоведом О.С. Ростовцевой из лессовой толщи с погребенными почвами.
Почвоведы кафедры и музея проводили почвенные обследования в соответствии с государственной программой создания первых крупных зерносовхозов. Тогда были собраны сотни монолитов и образцов черноземных почв, которые вошли в фонды музея.
После кончины В.Р. Вильямса исполняющим обязанности директора музея, по совместительству, был назначен заведующий кафедрой почвоведения академик В.П. Бушинский (1940-1950). На этот период приходится огромный объем работ. В первые годы после окончания Великой Отечественной войны приступили к организации почвенно-агрономического музея в новом здании, которое было построено в 1940 г. Выполнены трудоемкие работы по оборудованию и размещению экспонатов в выставочных залах. В это время в штатном расписании музея было около 40 сотрудников. Почти все старшие научные сотрудники участвовали в выполнении государственных программ по сельскохозяйственным проблемам: в экспедициях «Агролеспроекта» по созданию защитных лесных полос (С.П. Ярков, И.С. Кауричев, Д.И. Попазов, М.Н. Першина, Н.П. Панов ), освоению целинных и залежных земель и других работах ( С.П. Ярков, В.П. Бушинский, Н.П. Панов, Н.Н. Поддубный, А.П. Мершин, А.А. Зенин, И.Д. Громыко, Е.В. Кулаков).
С 1950 г. директором музея, по совместительству, был назначен заведующий кафедрой почвоведения С.П. Ярков. Под его руководством (1950-1956) сотрудники музея продолжали работы по созданию экспозиции. Наряду с выполнением технических работ классифицировали почвы и определяли их физико-химические свойства – Е.М. Ноздрунова, З.Ф. Коптева, М.Н. Рытикова, А.Ф. Шемякина, Е.И. Гречина. Значительную работу выполнил геоботаник Д.П. Мещеряков по составлению гербария. В 1954 г., в 15-ю годовщину памяти В.Р. Вильямса, были завершены работы по оборудованию и монтажу экспозиции.
Большую методическую помощь музею в определении и уточнении названий почв в соответствии с государственной классификацией почв оказали преподаватели кафедры почвоведения И.П. Гречин, И.С. Кауричев, Н.П. Панов и ученые-почвоведы Почвенного института им. В.В. Докучаева В.М. Фридланд, Н.Н. Розов и Института географии АН СССР – академик И.П. Герасимов. Музей стал научно-учебным центром для специалистов сельского хозяйства, студентов, учащихся школ и техникумов, повышения квалификации преподавателей и научных сотрудников, специалистов зарубежных стран.
С 1956 по 1977 гг. директором музея был ст. научн. сотрудник, кандидат с.-х. наук И.Д. Громыко. В это время, наряду с совершенствованием экспозиции, была проделана большая работа по паспортизации фондов музея, подготовке и изданию путеводителя.
Значительный вклад в выполнение научной тематики и пополнение фондов музея внесли сотрудники музея: И.Д. Громыко, Е.В. Кулаков, В.А. Тормасов, И.Л. Черникова, Н.В. Евдокимова, В.С. Кащенко, А.А. Бенидовский, преподаватель кафедры почвоведения А.Д. Кашанский и др.
В 1974 г. по материалам музея под руководством профессора И. С. Кауричева и ст. научного сотрудника И.Д. Громыко в издательстве «Колос» был издан красочный «Атлас почв СССР». В подготовке атласа принимали участие: Е.В. Кулаков, Н.П. Колпенская, О.С. Ростовцева, В.А. Тормасов, Е.И. Гречина, М.Н. Рытикова, А.Ф. Шемякина. Иллюстрации к атласу выполнены художником А.Я. Андреевым. «Атлас почв СССР» стал прекрасным учебным и научным пособием для преподавателей, студентов, почвоведов, агрохимиков и других специалистов сельскохозяйственного производства.
С 1977 по 1987 гг. директором музея был профессор А.Д. Фокин. Под его руководством были продолжены работы по совершенствованию научной экспозиции, пополнению фондов музея, вновь организована лаборатория для аналитических исследований. Выполнены интересные исследования по темам: «Современные процессы трансформации и переноса веществ в почвах», «Эволюция почв русской равнины» (А.Д. Фокин, Н.В. Евдокимова, Н.М. Грачева, С.В. Гозный). В это время старший научный сотрудник И.Л. Черникова выполнила работу и защитила диссертацию на тему: «Использование фосфора из растительных остатков культурных растений».
Был организован ряд поездок с целью пополнения экспонатов для музея: в ЦЧО, Курганскую и другие области, Яхромскую пойму, были отобраны монолиты почв Полевой опытной станции МСХА, в ЦОС ВИУА, в Вятской опытной мелиоративной станции, Дарвинском заповеднике и других районах (А.Д. Фокин, Н. В. Евдокимова, И.Л. Черникова, К.А. Высоцкий, Н.М. Грачева, С.Н. Якимов).
Назначенный в 1987 г. директором музея кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры почвоведения В. С. Кащенко одновременно, по совместительству, был руководителем Почвенно-геоботанической экспедиции, которая проводила крупномасштабные почвенно-геоботанические обследования территории Коми и Тувинской АССР, Красноярского края, Архангельской, Калининской, Ярославской областей. Работы выполнены на площади более 12,0 млн гектаров. В них, помимо штатных сотрудников В.А. Ермольченко, А.А. Бенидовского, В.Н. Пинигиной, Ю.И. Пестрякова, Т.Н. Абрамян, М.В. Шороховой, Д.И. Юрченко, Н.М. Самозвон, Н.Н. Головиной и многих других, принимали участие студенты и аспиранты, преподаватели кафедры почвоведения: И.П. Гречин, М.Н. Першина, Д.И. Папазов, И.С. Кауричев, Н.Н. Поддубный, В.И. Савич, А.Д. Кашанский и др. Большую практическую помощь в выполнении почвенных обследований оказывал деканат факультета (декан профессор Н.П. Панов).
Обширные обследования проведены в подзоне средней тайги на территории Коми АССР по изучению интенсивности и направленности современного почвообразовательного процесса в подзолистых лесных и пахотных почвах, сформировавшихся на разных почвообразующих породах, а также дерново-подзолистых почв, временно испытывающих избыточное увлажнение. По результатам исследований защитили диссертации В.С. Кащенко, А.А. Бенидовский, И.Г. Платонов, И.А. Петухов.
Сотрудники музея Н.В. Евдокимова, И.Л. Черникова, Г.Н. Истомина в соответствии с научной тематикой проводили научно-исследовательские работы в хозяйствах Раменского, Бронницкого, Серебрянопрудского, Солнечногорского районов Московской области. Проводятся работы по изучению степени загрязнения в результате антропогенного воздействия на лесорастительные свойства дерново-подзолистых почв на Лесной опытной станции МСХА (ст. н. с. Н.М. Грачева). Сотрудники музея Н.М. Грачева, Г.Н. Истомина, И.А.Чеблыкова , А.В. Сивашова выполняют важную работу по пропаганде знаний в области почвоведения, проводят тематические экскурсии и лекции со студентами вузов, специалистами сельского хозяйства, школьниками. Ежегодно музей принимает тысячи посетителей.