大砲台創建于1617 年，至1626 年建成，名為聖保祿砲台，澳門居民多稱為“大砲台”。在近四百年的歷史裡，大砲台內部建築曾多次改建。大砲台的大門朝南，早期入口為火藥儲存庫；上層的中央是一座三層高的塔樓（現已不存），每一層都裝備火砲；旁邊另有四排房子，為澳督及官兵的營房，宿舍兩側有台階與下層入口處相連。砲台內備有水池及軍需庫，軍需庫儲備充足，足以應付長達兩年的包圍。這座砲台是當時澳門防禦系統的核心，並與其他砲台一起，構成一個覆蓋東西海岸的寬大砲火防衛網。而從1623年至1740年間，這裡更一直是城防司令和澳門總督的住所。

大砲台一直為軍事禁區，直至1965年原營房位置改建成氣象台，1966年氣象台遷入後開放為遊覽區。

大砲台城牆分別于1992、1993和1996年進行修葺，有關工程祗限于必需的，以保持其真實性。除了清洗狀況良好的牆身外，還清除表面雜草，用除草劑清除植物的根部，使用原有材料修補牆身裂縫。因此，大砲台之結構被完整地保存。

1996年9月起，政府將氣象台原址改建為澳門博物館，1998年落成啟用。