El museo narra, a través de sus colecciones, la historia de la ciudad desde su elección como capital de la monarquía por Felipe II en 1561 hasta las primeras décadas del sigloXX.

De acuerdo con estos límites cronológicos, el discurso expositivo se ha articulado en tres grandes áreas temáticas:

• Madrid, Villa, Corte y capital de dos mundos. Comprende desde el establecimiento de la Corte hasta el siglo XVIII y muestra la ciudad del Antiguo Régimen como centro decisorio del imperio de los Austrias.
• Madrid, Centro ilustrado del poder. Abarca todo el siglo XVIII hasta la Guerra de Independencia. La nueva dinastía de los Borbones introduce importantes cambios en el modo de gobierno y trata de transformar la ciudad en un escenario áulico mediante la ejecución de grandes operaciones urbanísticas.
• Madrid, El sueño de una ciudad nueva. Acoge el siglo XIX hasta el estallido de la primera Guerra Mundial. Se centra en los cambios que se producen con la llegada de la Revolución Industrial y su incidencia en la ciudad, que refuerza su perfil urbano, llegando a convertirse en una gran capital europea