1988年，南京城墙被列为全国重点文物保护单位。同年，南京市政府设立了南京市城墙管理处，作为保护、维修、管理南京城墙的专业机构。1993年9月22日起，南京市城墙管理处归属市文物局领导。1998年5月24日，南京市明城垣史博物馆正式挂牌成立，与南京市城墙管理处共同承担南京城墙维修保护的任务，并各有侧重。
博物馆馆址位于风景秀丽的南京城墙台城段。该博物馆是一座集中收藏、展示和研究南京城墙的专题性历史类博物馆。丰富的文化内涵与山、水、城、林融于一体的自然景色，构成了明城垣史博物馆鲜明的特色。明城垣史博物馆重点收藏明代铭文城砖及众多相关的文物资料和文献资料，标本城砖达600多种，其中还有明代宫廷专用的“金砖”。
南京城墙砖文蕴含丰富的文化内涵，是极其珍贵的历史文物资料。博物馆还收藏有明故宫的基础木桩和古代战争中使用的垒石等文物。馆内设有《南京城墙》基本陈列，系统地介绍了南京城墙的历史沿革、建造特点以及它在中国和世界城市发展史上的地位和价值。观众们常常对陈列中的几件藏品抱有特别浓厚的兴趣：最有趣的一件要算一根粗大弯曲的老树根，它是在1994年维修太平门段城墙时偶然被发现的。
由于树根年复一年紧贴着城砖，并深入墙体夹缝中顽强地生长，树皮上竟然也清晰地拓出了城砖铭文“甲首金田”等字样，这让人不得不为之惊叹。另一件珍贵的藏品是一块刻有“洪武元年”的城砖，它为人们考证南京城墙建造史提供了确切的证据。同时，它也隐藏着一个难解之谜：明初避讳，凡文书中遇“元”字，皆以“原”、“宣”代替，而为什么这块城砖会赫然出现在朝阳门上呢？现在仍不得而知。还有一个展品就是砖土笑面小人头像。它是1957年在拆城工地上被发现的，当时有一块刻有“怀宁县”字样的城砖被跌断，其间出现了这个似笑非笑、神情古怪的人头像，它夹在城砖中究竟包含了什么意义呢？这似乎又是一个难解之谜。在实践中，博物馆专业人员不断加强研究，深入挖掘南京城墙丰富的文化底蕴，努力使博物馆的业务建设达到一个更新更高的水平。
博物馆在不断完善基础设施建设，增强综合接待能力的同时，还积极筹备形式多样的群众性文化活动。经过多年的建设，明城垣史博物馆已经成为展示南京古都特色的“第一窗口、第一形象和第一场馆”。2001年，明城垣史博物馆被列为江苏省爱国主义教育基地。
