8 января 1937 года в здании Никольской единоверческой церкви открыли музей Арктики и Антарктики — первый в мире музей такого рода. Убранство церкви было полностью уничтожено, здание перепланировано.
История музея началась с серии Передвижных полярных выставок — их организовывали в Ленинграде, Москве и Архангельске. В это время в связи с активным исследованием Арктики многие видные полярники и учёные выступали с предложениями об организации постоянно действующего полярного музея. 22 ноября 1930 г. было принято Постановление Президиума ЦИК СССР о создании Всесоюзного арктического института (ВАИ), в котором в качестве специального отдела предусматривался музей Арктики.
Спустя три года Арктическому институту для создания музея было отдано в аренду здание бывшей Никольской единоверческой церкви на улице Марата. Оно, в свою очередь, было построено в 1838 году по проекту русского архитектора А. И. Мельникова, является памятником архитектуры первой половины XIX века.
С момента открытия музея его сотрудники стремились оперативно реагировать на все важные события в Арктике. Так, в сентябре 1938 г. открылась экспозиция, посвящённая работе первой дрейфующей станции Северный полюс-1 (май 1937 — февраль 1938). В то же время активно разрабатывалась научная концепция, готовились и собирались экспонаты, создавалась стационарная экспозиция. Активное участие в организации музея принимали отечественные учёные и исследователи Арктики, благодаря чему учреждение быстро получило признание не только в России, но и за рубежом. В 1937 году на Всемирной выставке в Париже его экспонаты были удостоены Почётного диплома.
В музее хранятся, в том числе приборы и экспедиционное снаряжение, письменные, картографические и печатные источники, а также фотодокументы. В коллекции живописи и графики представлены произведения художников А. А. Борисова и Н. В. Пинегина, И. П. Рубана, М. А. Канеева, В. В. Фоменко, Н. Мартынова, О. Котельникова, А. Медведева. В музее Арктики хранятся работы участников Советской Антарктической экспедиции (САЭ) Н. И. Швыркова и В. И. Костырского, а также профессионального путешественника Ф. Конюхова.