Otwarte zostało 26 X 1984 w odrestaurowanym Arsenale. Jeszcze w 1974 lokowano tam filię Muzeum WP. Ekspozycja stała zajmuje parter. Początkowo nosiła tytuł Z tradycji wojskowych Zamojszczyzny 1580-1944 (ok. 230 militariów), od 1994 Historia twierdzy Zamość. W nawie płd. eksponowana jest Zbrojownia hetmańska (scen. Janusz Miniewicz i Stefan Pataj z Warszawy) - próba odtworzenia jej wnętrza w XVII w. z oryginalnymi i rekonstruowanymi eksponatami. Prezentowane są armaty i moździerze (ogółem 22 lufy), m.in. półkartauna 24 funtowa do niszczenia artylerii i wałów, 5 dział wykonanych w Zamościu (depozyt z Warszawy), arkebuzy, muszkiety, hakownice (m.in. lontowa z XVII w.), strzelby wałowe (skałkowe i kapiszonowe), unikalna kolekcja karabinów z XIX w. Dreys-Mauser, broń biała (np. szabla legionowa ze szwadronu tatarskiego), zbroje i kolczugi, itp. W nawie płn. zobrazowano Rozwój i wojenne losy twierdzy, z podziałem na część Tarcza Rzeczypospolitej i Pod rozbiorami, eksponując także sztychy, mapy, umundurowanie, odznaki, fotogramy, oraz makiety twierdzy (osobne hasło: Modele miasta) i modele fragmentów murów obronnych, plany. Muzeum posiada 85 starych rewolwerów i pistoletów (1993). Na piętrze obok kolejnego modelu miasta (osobne hasło) eksponowane są wystawy czasowe. Muzeum w arsenale kierowali: 1980-82 Mirosław Barczyński, 1982-2003 Andrzej Stompór.
Do bardziej znanych należały ekspozycje: Polska tradycja rycerska z oryginalnymi eksponatami jak kusza i kopia z 1590, miecz wschodni o dwóch klingach, czekan, pistolety skałkowe podarowane Kościuszce przez Waszyngtona oraz 105 rysunkami i szkicami Matejki (1994), Potop szwedzki (1996), XVII-wieczne portrety królewskie, J. Chełmońskiego Pochód Kozaków, Pillati, Suchodolski, szkice Matejki, Sztuka Orientu (1991), Dawna broń afrykańska (1993), Odkrywanie Afryki (1998), Zabytkowe motocykle - 16 egzemplarzy (1992), Dawna broń artyleryjska (1993), 75 lecie policji (1994), Broń różnych epok i regionów świata (1993) z toporkami z brązu, afrykańskimi łukami, bumerangiem, japońskim mieczem katana, szyszakiem husarskim Indianie Amazonii (2000). Najsłynniejszą z nich była - osobne hasło - wystawa Od Jana do Jana (2005). W 1998 - 50 tys. zwiedzających (trzykrotnie więcej niż muzeum rynkowe), 1999 - 43 tys., 2009 - ok. 60 tys. W 2011 rozpoczęto prace na modernizacją ekspozycji.
w 1985-2011 przed Arsenałem znajdowała się Wystawa Plenerowa (osobne hasło) uzbrojenia ciężkiego LWP. W 2014 na bazie tego muzeum otwarto Muzeum Fortyfikacji i Broni zrealizowane dzięki dofinansowaniu Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego, wzbogacone o prochownię i nową ekspozycję pod wałem fortecznym (IV - IX 2018 - 41 tys. zwiedzających, IV - IX 2019 - 46 tys.).