1963年6月长沙县坪山公社长城大队荷叶坝完小(今长沙市雷锋学校)附设的“雷锋生平事迹展览室”是湖南雷锋纪念馆的前身,其陈列的主要内容为介绍雷锋光辉一生的图片、照片和剪报,以及雷锋的亲友送来的一些实物,如:雷锋的叔祖父送来的雷锋使用过的铁锅、竹床;雷锋的邻居陈玉林捐献的雷锋曾帮他砍柴、挑水用过的柴刀和扁担等。这个展览虽然比较简陋,却是雷锋家乡最早的雷锋事迹展览,在当时起到了很好的宣传雷锋事迹的作用,吸引了来自全国各地一批又一批的参观者。
1966年,湖南省长沙市革命委员会筹备小组下发《关于成立雷锋纪念馆建设办公室的通知》,决定成立“湖南省长沙市毛主席的好战士雷锋纪念馆建设办公室”,负责湖南雷锋纪念馆的筹备工作。1966年冬,湖南雷锋纪念馆动工兴建。
1968年11月20日,湖南雷锋纪念馆建成开放,其占地面积为7240平方米,建筑面积为2000平方米,由一个大厅、四个展厅和接待室组成,主体建筑坐北朝南、古朴典雅,为典型的江南民居风格。陈展面积为1500平方米,展出了实物113件、各种珍贵的照片和图片130幅、出自我国著名雕塑家的雕塑3座、泥塑3组。陈列内容分为四个部分,分别介绍了雷锋在旧社会的苦难家史和生活、雷锋由一个孤儿成长为伟大的共产主义战士的历程、雷锋一生平凡而伟大的模范事迹、党和国家领导人的题词及全国各条战线学习雷锋高潮的兴起和发展。
1990年3月,第三代党和国家领导集体再次发出“向雷锋同志学习”的号召,全国又一次掀起学雷锋运动高潮,85万游客使小小的纪念馆显得十分拥挤,面对严重滞后的场馆设施和如潮的观众,县委县政府做出决定:扩建雷锋纪念馆,充实纪念馆的领导力量。
1990年11月雷锋纪念馆扩建工程破土动工,工程分三期,扩征土地近20000平方米,新建门楼传达室234.7平方米、新建围墙207米,新建停车场1330平方米,还新建了雷锋塑像广场、领袖名人学雷锋题词碑廊、综合服务楼等,使纪念馆的参观环境得到了较大的改善。
2002年3月,为适应新形势的发展和要求,更充分的发挥纪念馆的教育功能和社会影响,雷锋纪念馆改扩建工程全面启动,并于2003年3月5日毛主席题词发表四十周年之际全面完工。扩建工程新征土地80余亩,总投资近3000万元,新建的陈列馆面积为1072平方米,文化活动中心面积为2124平方米,接待服务中心面积为1956平方米,陈列面积比原来扩大了近3倍。
2010年,雷锋纪念馆投资500多万元对雷锋生平事迹陈列馆进行了全面提质改造。在原有基础上,进一步丰富陈列内容,引进高科技展示手段,新增互动性陈展形式,如电子翻书、电子留言、电子地图等,生动多样地展示了雷锋平凡而伟大的一生,并重点突出了雷锋在家乡望城的成长历程,充分体现了湖南雷锋纪念馆在全国同类纪念馆中的特殊地位和影响力。2011年5月17日,雷锋生平事迹陈列馆提质改造开馆后,来馆参观的观众络绎不绝,社会反响良好。
2014年,根据中共中央办公厅《关于深入开展学雷锋活动的意见》(中办发[2012]7号)“要加强雷锋纪念馆阵地建设”的文件精神和中央领导刘云山“建设雷锋精神宣传阵地、文化阵地、研究阵地”的重要指示, 雷锋纪念馆新一轮提质改造工程全面启动。项目总投资8000万元,主要建设内容为新建雷锋生平事迹陈列馆、游客服务中心、出入口门楼、旅游厕所,改建中央广场、停车场等。
2018年3月1日,新的雷锋生平事迹陈列馆正式对外开放,提质改造后的雷锋纪念馆总面积为104000平方米,建筑面积约14000平方米,绿化面积38000平方米,集会广场面积20000平方米。主要参观景点有:雷锋生平事迹陈列馆、雷锋故居、当代雷锋·长沙好人事迹展览馆、领袖名人题词碑廊、雷锋塑像广场、湖南革命历史人物浮雕艺术墙、十大元帅广场、青少年素质教育实践基地和长沙市道德讲堂总堂等,同旁边的湖南党史陈列馆形成了“四馆一故居”的参观格局。
2021年5月,成为长株潭区域博物馆联盟成员。