Istorinis Žemutinės pilies teritorijos šiaurės rytinėje dalyje esantis Senojo arsenalo korpusas, atkurtas pagal architekto Evaldo Purlio projektą, 1986 m. buvo pritaikytas muziejaus reikmėms. Netrukus jame įrengta XIV–XX a. taikomosios dailės ekspozicija, o 1996–1999 m. veikė paroda „Taikomoji baroko dailė Lietuvoje“.
1999 m., bendradarbiaujant su Varšuvos nacionaliniu muziejumi, surengta įsimintina Jano Mateikos monumentalios batalinės drobės „Žalgirio mūšis“ paroda. Nuo 1999 m. pabaigos iki 2004 m. pabaigos muziejuje veikė paroda „Krikščionybė Lietuvos mene“, vėliau lankytojams pristatytos Lietuvos sakralinės dailės ekspozicijos, Lietuvos Didžiosios Kunigaikštystės valdovų rūmams įsigytų meno vertybių parodos, archeologinių radinių ekspozicijos ir Valdovų rūmų atkūrimo projektų pristatymai.
2006–2015 m. svarbia muziejaus veiklos kryptimi išliko istorinės ekspozicijos, skirtos Lietuvos Didžiosios Kunigaikštystės menui, bažnytinei dailei, seniesiems amatams ir dekoratyvinei dailei. Jose pristatyti sidabro dirbiniai, gobelenai, keramika, porcelianas, stiklas ir tekstilė, atskleidžiant jų meninę vertę bei istorinį kontekstą. Kartu daug dėmesio skirta ir pačiam muziejaus pastatui – XVI a. Senajam arsenalui. Lankytojai buvo supažindinami su archeologiniais radiniais, autentiškais mūrais ir restauravimo istorija, leidžiančia geriau pažinti Vilniaus Žemutinės pilies raidą.
Svarbus muziejaus raidos etapas prasidėjo 2016 m., kai jis oficialiai tapo Taikomosios dailės ir dizaino muziejumi. Naujasis pavadinimas įtvirtino platesnę institucijos viziją – greta istorinės taikomosios dailės reikšmingą vietą užėmė XX ir XXI a. dizainas. Muziejus tapo erdve, pristatančia Lietuvos dizaino raidą – nuo tarpukario modernizmo iki šiuolaikinių technologijų, inovacijų ir tvarumo idėjų.
Per pastarąjį dešimtmetį Taikomosios dailės ir dizaino muziejus iš esmės pasikeitė. Iš istorinės taikomosios dailės rinkinius eksponuojančios institucijos jis išaugo į šiuolaikišką kultūros erdvę. Šiandien muziejus yra viena svarbiausių Lietuvos institucijų, pristatančių taikomosios dailės ir dizaino paveldą bei šiuolaikinę kūrybą. Jo veikla apima rinkinių tyrimus, tarptautinių parodų rengimą, edukacines programas, bendradarbiavimą su tyrėjais, menininkais bei dizaineriais.
