La Kunstkamera fue establecida por Pedro el Grande en el paseo del río Neva. El edificio barroco con torretas de la Kunstkamera, diseñado por el arquitecto prusiano Georg Johann Mattarnovy, se terminó en 1727. La primera piedra se colocó en 1719. El nombre Kunstkamera deriva del alemán Kunstkammer, que significa literalmente «cámara de arte».
El museo de Pedro era un gabinete de curiosidades dedicado a conservar «curiosidades y rarezas naturales y humanas», un tipo de colección muy típico en la época. La colección personal del zar, almacenada originalmente en el Palacio de Verano, cuenta con un gran surtido de fetos humanos y animales con deficiencias anatómicas, que Pedro había visto en 1697 visitando a Federico Ruysch y Levinus Vincent. La idea subyacente de sus kunstkammers era adquirir un conocimiento completo del mundo. La palabra neerlandesa «kunst-kamer» parece haber sido introducida por el cirujano Stephanus Blankaart en 1680.
La Kunstkamera de Pedro el Grande se ve a menudo como una colección desordenada de rarezas incoherentes, pero parece que fueron recogidas sistemáticamente con sujeción a un plan bien definido. El principal interés de Pedro era la «naturalia», más que la llamada «artificialia». Pedro fomentó la investigación de las deformidades, tratando siempre de desmontar el miedo supersticioso a los monstruos. Emitió un decreto por el que se ordenaba el envío de niños malformados nacidos muertos de todo el país a la colección imperial. Posteriormente hizo que se expusieran en la Kunstkamera como ejemplos de accidentes de la naturaleza.
En 1716, Pedro creó el gabinete de minerales de la Kunstkamera, depositando allí una colección de 1195 minerales que había comprado a Gottwald, un médico de Danzig. La colección se enriqueció con minerales rusos. Fue un predecesor del Museo Mineralógico Fersman, que ahora tiene su sede en Moscú.
Muchos artículos fueron comprados en Ámsterdam al farmacólogo Albertus Seba (1716) y al anatomista Frederik Ruysch (1717) y formaron la base de la Academia de Ciencias. La Kunstkamera se construyó especialmente para albergar estas dos amplias colecciones. Una tercera adquisición procede de Jacob de Wilde, coleccionista de gemas e instrumentos científicos. El médico jefe del zar, Robert Erskine, y su secretario Johann Daniel Schumacher fueron los responsables de la adquisición.