Le Museu Nacional dos Coches a été fondé le 23 mai 1905 par la reine D. Amélia d'Orléans et Bragance, épouse du roi D. Carlos Ier. Son objectif était conservateur : la collection royale de carrosses de cérémonie — accumulée par la maison de Bragance pendant quatre siècles — risquait d'être dispersée. Cinq ans plus tard, le roi et le prince héritier furent assassinés lors du régicide de Lisbonne en 1908 ; en 1910, la monarchie fut abolie. Le musée préventif d'Amélia a sauvé les carrosses.
Le lieu d'origine du musée était le Picadeiro Real — le manège royal construit en 1726 par l'architecte italien Giacomo Azzolini à côté du palais de Belém. La salle voûtée en berceau du manège est elle-même l'un des plus beaux intérieurs du XVIIIe siècle à Lisbonne, avec son plafond peint et son balcon doré. À partir de septembre 2025, le Picadeiro Real est entré dans une phase de rénovation ; les visiteurs doivent confirmer le statut d'ouverture avant de réserver le bâtiment historique.
En 2015, un nouveau bâtiment muséal a été inauguré de l'autre côté de l'Avenida da Índia, conçu par l'architecte brésilien lauréat du prix Pritzker Paulo Mendes da Rocha. Il s'agit d'un pavillon en béton brut de 12 000 m² surélevé sur de fines colonnes, avec une seule salle éclairée naturellement abritant la majeure partie de la collection de 70 véhicules. La collection elle-même s'étend d'un carrosse de voyage de la fin du XVIe siècle du roi Philippe II d'Espagne — le plus ancien carrosse de ce type au monde — en passant par les grands véhicules baroques de cérémonie du XVIIIe siècle jusqu'aux landaus de la fin du XIXe siècle des derniers rois portugais.
L'objet emblématique du musée est le Carrosse des Océans, construit en 1716 à Rome et faisant partie de l'ambassade du roi Jean V auprès du pape Clément XI. Le carrosse est incrusté de figures allégoriques sculptées et dorées des océans Atlantique et Indien, du Triomphe et de la Renommée, dans un langage baroque berninien qui annonçait la richesse mondiale portugaise à l'apogée du cycle de l'or brésilien. Le carrosse a été conduit une fois dans Rome, puis renvoyé à Lisbonne ; il n'a pas bougé depuis.