رابرت پترسن و همسرش که فعالیت گسترده‌ای در زمینه انتشار نشریات داشتند در 11 ژوئن سال 1994 این موزه را در کنار موزه تاریخ طبیعی لس‌آنجلس در کالیفرنیا تاسیس کردند. با این حال بعدها موزه در همین شهر به ساختمان جذاب یک فروشگاه زنجیره‌ای که در سال 1962 توسط ولتون بکت طراحی شده بود، منتقل شد و در سال 2015 نیز با یک سرمایه‌گذاری اساسی تغییر چهره داد. این موزه روی دوره زمانی خاص و برند و خودروهای خاصی تمرکز نداشته، تمامی خودروهایی که از نظر تاریخی و یا ارزش معنوی حرفی برای گفتن دارند را در کنار هم گردآورده است. مبلغ خرج‌شده برای گردآوری این مجموعه در طول زمان چیزی بیش از 40 میلیون دلار است، با این حال به احتمال زیاد اگر تمامی بیش از 100 خودرویی که در 25 گالری آن به نمایش درآمده‌اند به فروش برسند، مبلغ نهایی چیزی بیش از سه برابر این ارقام خواهد بود. علاوه بر این تعداد زیادی از خودروهای خریداری شده توسط موزه نیز در انبار آن که در طبقه زیر‌زمین قرار دارد، نگهداری می‌شوند و بعضا برخی از آنها پس از طی‌شدن مراحل بازسازی، به موزه منتقل شده و به صورت مقطعی به نمایش درمی‌آیند. موزه گالری‌های متعددی دارد که به خودروهای ایتالیایی، خودروهای خارق‌العاده، خودروهای حاضر در فیلم‌ها، روند ساخت و طراحی خودرو، خودروهای کلاسیک بسیار با ارزش، خودروهای مسابقه‌ای و خودروهای افراد مشهور اختصاص یافته‌اند. در میان این خودروها شاید برخی از دیگران مهم‌تر باشند. استون مارتین DB5 جیمزباند، پونتیاک آزتک سریال بریکینگ بد، خودرو مورد استفاده در فیلم بتمن، فراری 308 سریال مگنوم P.I.، بوگاتی تایپ، چند نمونه از کوروت‌های تحقیقاتی و ابرخودروهایی همانند بوگاتی ویرون در این موزه حاضر هستند. اما شاید در میان این خودروها بوگاتی تایپ 57C شاه مخلوع از همه این خودروها برای بازدیدکنندگان و ایرانیان جالب‌تر باشد. این خودرو که چندین بار به طور کامل بازسازی شده، امروزه در بهترین شرایط ممکن در این موزه نگهداری می‌شود و یکی از ارزشمند‌ترین خودروهای حاضر در پترسن است. در سال 2011 نیز مبلغ بیش از 100 میلیون دلار توسط خانواده پترسن وقف موزه شد تا کلکسیون و امکانات آن گسترش یابد. این مبلغ البته شامل برخی خودروهای کلکسیون شخصی این خانواده نیز می‌شد.