La Kunstkamera a été établie par Pierre le Grand au bord de la Neva. Le bâtiment baroque pétrinien à tourelle de la Kunstkamera, conçu par l’architecte prussien Georg Johann Mattarnovy, a été achevé en 1727. La première pierre a été posée en 1719. Le nom Kunstkamera est dérivé de l’allemand Kunstkammer, qui signifie littéralement « chambre d’art ».
Le musée de Pierre était un cabinet de curiosités dédié à la conservation des « curiosités et raretés naturelles et humaines », un type de collection très typique de l’époque. La collection personnelle du tsar, entreposée à l’origine dans le palais d’été, comporte un large assortiment de fœtus humains et animaux présentant des déficiences anatomiques, que Peter avait vu en 1697 en visite chez Frederick Ruysch et Levinus Vincent. L’idée sous-jacente de leurs kunstkammers était d’acquérir une connaissance complète du monde. Le mot néerlandais « kunst-kamer » semble avoir été introduit par le chirurgien Stephanus Blankaart en 1680.
La Kunstkamera de Pierre le Grand est souvent perçue comme une collection désordonnée de raretés incohérentes, mais il semble qu’elles aient été rassemblées systématiquement sous réserve d’un plan bien défini. Pierre s’intéressait principalement à la « naturalia », plutôt qu’à la « artificialia ». Peter encourageait la recherche sur les difformités, tout en essayant de démystifier la peur superstitieuse des monstres. Il publie un ukase ordonnant que des enfants malformés et mort-nés soient envoyés de tout le pays à la collection impériale. Il les fit ensuite exposer dans la Kunstkamera comme exemples d’accidents de la nature.
En 1716, Pierre créa le cabinet des minéraux de la Kunstkamera, y déposant une collection de 1195 minéraux qu’il avait achetés à Gottwald, un médecin de Danzig. La collection a été enrichie de minéraux russes. C’était un prédécesseur du musée minéralogique Fersman, aujourd’hui basé à Moscou.
De nombreux objets ont été achetés à Amsterdam au pharmacologue Albertus Seba (1716) et à l’anatomiste Frederik Ruysch (1717) et ont constitué la base de l’Académie des sciences. La Kunstkamera a été spécialement construite pour accueillir ces deux vastes collections. Une troisième acquisition provient de Jacob de Wilde, un collectionneur de pierres précieuses et d’instruments scientifiques. Le médecin en chef du tsar, Robert Erskine, et son secrétaire Johann Daniel Schumacher étaient responsables de cette acquisition.