พื้นที่ตั้งของสถานีตำรวจนครบาลพระราชวังและอาคารมิวเซียมสยาม สถาบันพิพิธภัณฑ์การเรียนรู้แห่งชาติในปัจจุบัน เดิมเป็น “วังท้ายวัดพระเชตุพนฯ วังที่ 5” ซึ่งสร้างขึ้นในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัว (รัชกาลที่ 3) ใช้เป็นที่ประทับของพระบรมวงศานุวงศ์หลายพระองค์ และต่อมามีการพระราชทานให้ลูกหลานในราชสกุลใช้สืบต่อกัน โดยมี “กรมหมื่นนฤบาลมุขมาตย์” เป็นพระบรมวงศ์องค์สุดท้ายที่ประทับอยู่ ณ วังแห่งนี้ จนกระทั่งสิ้นพระชนม์เมื่อ พ.ศ. 2439 (รัชกาลที่ 5)

ต่อมาในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว (รัชกาลที่ 6) ได้ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้เปลี่ยนพื้นที่วังเดิมนี้มาใช้เป็นสถานที่ราชการ โดยให้สร้างอาคารสำนักงานตำรวจขึ้นใหม่ในสไตล์ตะวันตก ใช้เป็น “สถานีตำรวจนครบาลพระราชวัง” ณ ตำแหน่งที่ตั้งปัจจุบันเมื่อ พ.ศ. 2457 อาคารสถานีตำรวจแห่งนี้สร้างขึ้นเพื่อใช้แทนสถานีตำรวจเดิมที่เคยตั้งอยู่บริเวณตลาดท่าเตียน ตรงข้าม วัดพระเชตุพนฯ ในขณะนั้นมีชื่อเรียกอย่างเป็นทางการว่า “โรงพักท่าเตียน” อาคารโรงพักเดิมเป็นตึกสองชั้น รูปทรงคล้ายอาคารกระทรวงกลาโหม และภายหลังได้ย้ายมาสู่พื้นที่ใหม่ ตั้งอยู่ระหว่างถนนมหาราชและถนนสนามไชย โดยบริเวณนี้ชาวจีนเรียกกันว่า “ซากั๊กวัง”

สถานีตำรวจแห่งนี้ถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญของการปฏิรูปกิจการตำรวจในสยาม จากระบบ “พลตระเวน” แบบดั้งเดิม สู่การจัดระเบียบตำรวจนครบาลในรูปแบบศูนย์รวมอำนาจ ภายใต้นโยบายการปรับปรุงประเทศให้ทันสมัยในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว (รัชกาลที่ 5) โดยมีบุคคลสำคัญที่มีบทบาทในการวางรากฐานระบบตำรวจสมัยใหม่ อาทิ กัปตัน เอส.เจ. เอมส์ และ อาเธอร์ จอห์น อเล็กซานเดอร์ จาร์ดีน

การก่อสร้างอาคารสถานีตำรวจนครบาลพระราชวัง พ.ศ. 2457 ออกแบบโดย นายมาริโอ ตามานโญ สถาปนิกชาวอิตาลีแห่งกรมโยธาธิการ ผู้ออกแบบอาคารกระทรวงพาณิชย์ที่อยู่ด้านหลังเช่นกัน แต่สถานีตำรวจแห่งนี้มีการออกแบบก่อนอาคารกระทรวงราว 7 ปี อาคารมีรูปแบบสถาปัตยกรรมตะวันตกที่สง่างาม สะท้อนภาพลักษณ์ของ “ตำรวจยุคใหม่” ทั้งในด้านบทบาท ภาพลักษณ์ และการบริหารจัดการ ซึ่งแสดงถึงความพยายามของรัฐในการยกระดับกิจการตำรวจให้สอดคล้องกับมาตรฐานสากล