大炮台創建於1617 年，至1626 年建成，名為聖保祿炮台，澳門居民多稱為“大炮台”。在近四百年的歷史裏，大炮台內部建築曾多次改建。大炮台的大門朝南，早期入口為火藥儲存庫；上層的中央是一座三層高的塔樓（現已不存），每一層都裝備火炮；旁邊另有四排房子，為澳督及官兵的營房，宿舍兩側有台階與下層入口處相連。炮台內備有水池及軍需庫，軍需庫儲備充足，足以應付長達兩年的包圍。這座炮台是當時澳門防禦系統的核心，並與其他炮台一起，構成一個覆蓋東西海岸的寬大炮火防衛網。而從1623年至1740年間，這裏更一直是城防司令和澳門總督的住所。

大炮台一直為軍事禁區，直至1965年原營房位置改建成氣象台，1966年氣象台遷入後開放為遊覽區。

大炮台城牆分別於1992、1993和1996年進行修葺，有關工程祗限於必需的，以保持其真實性。除了清洗狀況良好的牆身外，還清除表面雜草，用除草劑清除植物的根部，使用原有材料修補牆身裂縫。因此，大炮台之結構被完整地保存。

1996年9月起，政府將氣象台原址改建為澳門博物館，1998年落成啟用。