O Museu Histórico Naval, fundado em 1919, encontrou um lar nas imediações do Arsenal, dentro de um dos antigos celeiros de Veneza. Aqui estão conservadas coleções que remontam à época da República de Veneza, quando os protótipos dos construtores navais eram mantidos no edifício "Casa dei Modelli", que correspondia ao arquivo dos projetos. Os modelos, em escala, eram o substituto do projeto desenhado, a partir do qual se extraía a utilização do navio ao natural. Alguns destes modelos, que sobreviveram ao saque do Arsenal em 1797, estão conservados no museu, onde não só se encontram artefactos de barcos venezianos, mas também modelos de navios construídos durante as ocupações francesa e austríaca (1797-1866) e da Marinha italiana de ontem e de hoje.
Além disso, a variedade de modelos em exposição não se limita a Veneza, mas inclui também uma extraordinária seleção de modelos de barcos de pesca utilizados nos mares da China e do Extremo Oriente. O modelo mais notável é o Bucintoro, o navio cerimonial do Doge. Nas salas do museu há também relíquias autênticas das guerras no mar.
Parte do Museu é o Pavilhão dos Navios, localizado perto da ponte do Arsenal, com exemplares de barcos típicos venezianos, antigas gôndolas cerimoniais, barcos de trabalho da lagoa.