En 1965, à l’occasion du 20e anniversaire de la Libération, d’anciens résistants et déportés lyonnais se constituent en association en vue de créer un musée de la Seconde Guerre mondiale, consacré plus particulièrement à la résistance et à la déportation des résistants. Un premier musée ouvre ses portes le 8 mai 1967. Il est installé dans deux salles du Muséum d’histoire naturelle de Lyon situé rue Boileau (6e arrondissement).
Au cours des années 1980, l’association des Amis du musée de la Résistance et de la Déportation sollicite la Ville de Lyon pour obtenir des locaux plus vastes. Cette demande rencontre un écho particulier au moment du procès de Klaus Barbie, qui se tient du 11 mai au 4 juillet 1987 devant la cour d’Assises du Rhône. Ancien chef de la Gestapo et tortionnaire, Klaus Barbie est jugé pour crime contre l’humanité (le premier procès sous ce chef d’accusation en France).
À la suite de ce procès, en 1989, le maire de Lyon Michel Noir confie à Alain Jacubowicz (adjoint délégué aux droits des citoyens et avocat des parties civiles lors du procès Barbie) la mission d’accompagner la création d’un musée municipal dédié à la Seconde Guerre mondiale.
Nommé Centre d’Histoire de la Résistance et de la Déportation, le nouvel établissement reçoit en dépôt les collections du musée de la rue Boileau.
Il est symboliquement aménagé dans le bâtiment qui servit de siège à la Gestapo entre les printemps 1943 et 1944.
Son inauguration a lieu le 15 octobre 1992, en présence de Jacques Chaban-Delmas et Elie Wiesel.