Создана профессором класса батальной живописи Ф.А.Рубо в 1901—1904 гг.

Главным героем сражения Рубо считал народ, в прославлении его подвига он и видел основную свою задачу. Приехав в Севастополь, он изучал исторические документы, знакомился с местами боев, беседовал с участниками и очевидцами событий, а затем в Петербурге создал эскиз картины. Огромное живописное полотно (размеры по окружности 115 м, высота 14 м) писалось в Мюнхене с помощью художников Шенхена, Мерте, Фроша и 20 студентов Баварской академии художеств. Одновременно велась работа над созданием натурного плана площадью 900 кв. м.

Здание для размещения Панорамы сооружено на Историческом бульваре по проекту военного инженера О.И. Энберга при участии архитектора В.А. Фельдмана. Летом 1904 года произведение доставили в Севастополь, а 14(27) мая 1905 года, к 50-летию героической обороны города, панорама была открыта для всеобщего обозрения.

В период второй обороны Севастополя 25 июня 1942 года фашисты подвергли здание бомбардировке. В охваченном огнем помещении погибла значительная часть живописного полотна и весь предметный план. Из горящего здания защитникам города удалось спасти 86 фрагментов живописного полотна. Спасенные фрагменты были вывезены из осажденного Севастополя на военном корабле.

После Великой Отечественной войны начались работы по возрождению Панорамы. Строители с помощью военных моряков отстроили и реконструировали по проекту архитектора В.П. Петропавловского здание панорамы.

Воссоздание самой панорамы оказалось чрезвычайно сложным делом. Спасенные куски картины, разрозненные, с обгоревшими краями и многочисленными повреждениями не могли быть объединены на одном полотне. Они послужили оригиналом для написания копии.

Творческий коллектив советских художников, руководимый народным художником РСФСР, академиком доктором искусствоведения В.Н. Яковлевым (1893—1953), а после его смерти народным художником РСФСР академиком П.П. Соколовым-Скаля (1899—1961) воссоздал живописное полотно и предметный план. Возрождая панораму, художники внесли в картину и в предметный план уточнения, дополнения и ряд новых эпизодов. Воссозданная панорама была торжественно открыта накануне празднования 100-летия первой обороны Севастополя - 16 октября 1954 года.

В 1970 г. в здании панорамы открылась экспозиция Музея героической обороны и освобождения Севастополя, рассказывающая о незабываемых событиях и героях первой обороны, а также о самой панораме.

В 1974 г. в наружных нишах знания установлены мраморные скульптурные портреты адмиралов В.А. Корнилова, П.С. Нахимова, В.И. Истомина, А.И. Панфилова, Ф.М. Новосильского, капитана 1 ранга Г.И. Бутакова, генерала С.А. Хрулева, штабс-капитана Л.В. Мельникова, прославленных матросов Петра Кошки и Игнатия Шевченко, любимицы защитников города Даши Севастопольской (Михайловой), "чудесного доктора" П.И. Пирогова, великого русского писателя Л.Н. Толстого.