Lahden hiihtoteemaisten näyttelyjen historia alkaa jo vuodesta 1926, jolloin järjestettiin Lahden ensimmäinen suksinäyttely. Vuonna 1959 Lahden Hiihtoseuran Veteraaniosasto teki Hiihtoseuran johtokunnalle ehdotuksen Hiihtomuseon perustamisesta. Hiihtomuseosta tuli osa Lahden kaupunginmuseota vuonna 1974. Uuden museon aihepiiriksi määriteltiin Suomen talviurheilu. Hiihtomuseon omat tilat jäivät puuttumaan vielä vuosiksi.

Arkkitehti Esko Hämäläisen suunnittelema Hiihtomuseon rakennus valmistui vuonna 1989 Lahden Urheilukeskukseen. Se avattiin yleisölle samana vuonna Lylyn päivänä 1. marraskuuta. Vuonna 2000 rakennus sai puisen julkisivun, kun arkkitehti Pekka Salmisen toimiston suunnittelema laajennusosa valmistui. Laajennusosaan avattiin myös moderni auditorio sekä näköalaravintola Voitto. Hiihtomuseon tilat remontoitiin vuoden 2016 aikana. Tilat saivat upean uuden ilmeen arkkitehti Jorma Latvan suunnitelman pohjalta. Museon perusnäyttely ja toimintaosasto uusittiin vuonna 2017 kokonaan. Museovirasto on määritellyt Salpausselän hiihtostadionin yhdeksi Suomen valtakunnallisesti merkittävistä rakennetuista kulttuuriympäristöistä.