Die Kunstkamera wurde von Peter dem Großen am Ufer der Newa errichtet. Das von dem preußischen Architekten Georg Johann Mattarnovy entworfene turmartige Gebäude der Kunstkamera im petrinischen Barockstil wurde 1727 fertiggestellt. Der Grundstein wurde 1719 gelegt. Der Name Kunstkamera leitet sich vom deutschen Wort Kunstkammer ab.
Peters Museum war ein Kuriositätenkabinett, das der Bewahrung von „natürlichen und menschlichen Kuriositäten und Raritäten“ gewidmet war, eine für die damalige Zeit sehr typische Art von Sammlung. Die persönliche Sammlung des Zaren, die ursprünglich im Sommerpalast aufbewahrt wurde, enthielt eine große Auswahl an menschlichen und tierischen Föten mit anatomischen Mängeln, die Peter 1697 bei einem Besuch bei Friedrich Ruysch und Levinus Vincent gesehen hatte. Der Grundgedanke des Kunstkammers war, sich ein umfassendes Wissen über die Welt anzueignen. Das niederländische Wort „kunst-kamer“ scheint 1680 von dem Chirurgen Stephanus Blankaart eingeführt worden zu sein.
Die Kunstkamera Peters des Großen wird oft als eine willkürliche Sammlung unzusammenhängender Raritäten angesehen, aber es scheint, dass sie systematisch nach einem genau definierten Plan gesammelt wurde. Peters Hauptinteresse galt den „naturalia“ und nicht den sogenannten „artificialia“. Peter förderte die Erforschung von Missbildungen und versuchte, die abergläubische Angst vor Monstern zu entkräften. Er erließ einen Erlass, in dem er anordnete, dass missgebildete, tot geborene Säuglinge aus dem ganzen Land an die kaiserliche Sammlung geschickt werden sollten. Anschließend ließ er sie in der Kunstkamera als Beispiele für Unfälle der Natur ausstellen.
1716 richtete Peter das Mineralienkabinett der Kunstkamera ein und deponierte dort eine Sammlung von 1195 Mineralien, die er von Gottwald, einem Danziger Arzt, gekauft hatte. Die Sammlung wurde mit russischen Mineralien angereichert. Sie war ein Vorläufer des Fersman-Mineralienmuseums, das sich heute in Moskau befindet.
Viele Stücke wurden in Amsterdam von dem Pharmakologen Albertus Seba (1716) und dem Anatomen Frederik Ruysch (1717) gekauft und bildeten den Grundstock für die Akademie der Wissenschaften. Die Kunstkamera wurde speziell für die Unterbringung dieser beiden umfangreichen Sammlungen gebaut. Ein dritter Erwerb stammt von Jacob de Wilde, einem Sammler von Edelsteinen und wissenschaftlichen Instrumenten. Der Chefphysiker des Zaren, Robert Erskine, und sein Sekretär Johann Daniel Schumacher waren für den Erwerb verantwortlich.