Il Museo Leonardiano di Vinci, è stato fondato il 15 Aprile 1953 grazie al generoso contributo della International Business Machines Corporation (IBM) che all'epoca donò al museo una serie di ricostruzioni basate su disegni dello stesso Leonardo. 

All'inizio il museo occupava solo quattro sale del Castello, per poi trasferirsi negli spazi attuali nel 1983 e adottare definitivamente il nome di Leonardiano (era in precedenza chiamato Museo della Macchine o Museo Vinciano) nel 1986. 

Con il passare degli anni il museo Leonardiano da Vinci si è poi andato arricchendo di macchine e meccanismi creati dal genio toscano ed è diventato un punto di riferimento per tutti gli amanti dell'arte e dell'estro del Maestro in campo ingegneristico e tecnologico. 

Nel 2004 il Museo ha visto un ampliamento dei suoi spazi con l'accorpamento del Castello dei Conti Guidi e della Palazzina Uzielli. Il nuovo accesso, dal Castello Guidi, è stato ulteriormente arricchito grazie all'intervento e al progetto dell'artista Mimmo Paladino che ha creato un'inedita e autonoma scenografia in linea con la figura di Leonardo. 

Un ultimo e significativo intervento è stato portato avanti tra il 2008 e il 2010 ed ha reso possibile l'abbattimento delle barriere architettoniche e un rinnovo degli spazi espositivi dove è allestita la collezione che comprende studi sul volo, il moto in acqua, esperimenti di ottica e  macchine tessili.