纪念馆总占地面积为8020平方米，由南北两座主体大楼、东、西广场和门楼等组成；两座主体大楼为三层劵拱的西式建筑，南楼设“帅府百年”复原陈列，北楼有“孙中山在广州三次建立革命政权”的基本史料陈列和专题陈列。
1981年，中国人民政治协商会议广东省广州市第五届委员会第一次会议提案：请尽早维修座落本市河南的当年孙中山先生大元帅府旧址案。
1983年，孙中山大元帅府旧址被广州市人民政府确定为广州市第二批重点文物保护单位。
1984年，中国人民政治协商会议广东省广州市第六届委员会第二次全体会议提案：请从速修复开放孙中山先生在广州的大元帅府大本营旧址。
1992年，使用大元帅府旧址的广东农业机械供给公司作了为恢复“孙中山大元帅府”旧址搬迁广东农业机械供给公司申请立项的报告。同年，广州市文物治理委员会关于市人大代表建议将孙中山大元帅府改作孙中山纪念馆作为批复。
1996年11月，孙中山大元帅府旧址被国务院公布为全国重点文物保护单位。
1998年10月19日，接收大元帅府旧址，完成旧址内首期60余户居民搬迁工作，筹备建馆。
1999—2000年，维修大元帅府南楼、北楼及周边环境整治。
2001年7月，完成南楼 “百年帅府”复原陈列展览，并实行首期开放
2001年12月，完成北楼“孙中山三次在广州建立政权”史料陈列展览，并实行第二期开放。
2002年，开始第二期70余户居民搬迁工作及大元帅府旧址大门楼复原工程。