Tras la devolución de La Habana a España en 1763, la ciudad experimentó un notable crecimiento social, económico y artístico. Las autoridades eclesiásticas y civiles impulsaron la transformación urbana y arquitectónica, promoviendo la construcción de edificios públicos con fines benéficos, militares y administrativos. Entre ellos destacan proyectos como el Hospital de San Lázaro (1756), la Casa de Gobierno y la Casa de Correos, estas últimas proyectadas por Silvestre Abarca, Ingeniero Director de la Plaza de La Habana, con la colaboración del arquitecto gaditano Pedro de Medina.
El Cuartel de Milicias fue proyectado por José Abarca y construido por Pedro de Medina, bajo supervisión del conde de O’Reilly, Inspector General de Tropas enviado a la ciudad para mejorar el sistema defensivo tras la salida de los ingleses en 1763. Medina, solicitado personalmente por Abarca, aportó elementos decorativos barrocos al diseño, especialmente en la portada principal y entradas secundarias, reforzando la unidad estética del edificio.
El cuartel estaba dividido en tres secciones según la raza de los soldados: la zona principal estaba destinada a los blancos, mientras que las áreas más pequeñas al fondo eran para pardos y morenos. Esta segregación se reflejaba también en la infraestructura, con tres surtidores independientes en la fuente del patio central para abastecer a cada sección. El edificio mantuvo esta función hasta 1844, cuando, tras la "Conspiración de la Escalera", se suprimieron las milicias de morenos, y las de blancos y pardos fueron trasladadas a casas en Guanabacoa. A partir de entonces, el edificio fue destinado a usos militares, sanitarios, policiales y administrativos.
Durante su historia, el Cuartel de Milicias albergó temporalmente a José Martí en septiembre de 1879, quien permaneció detenido durante dos días antes de ser deportado por segunda vez.
En la primera mitad del siglo XX, el Cuartel de Milicias continuó desempeñando funciones administrativas y militares de carácter local, aunque con menor protagonismo que en los siglos anteriores. Parte de su estructura se destinó a oficinas gubernamentales y se realizaron adaptaciones menores para su uso funcional.
Tras la Revolución cubana, el edificio fue incorporado al patrimonio del Estado y adaptado progresivamente para distintos usos institucionales. Durante varias décadas albergó dependencias de la policía y oficinas vinculadas al Ministerio del Interior.
Posteriormente, su función se transformó y actualmente el Cuartel de Milicias funciona como sede administrativa del Museo Nacional de Bellas Artes, conservando elementos arquitectónicos originales como el patio central porticado y la portada principal barroca, al tiempo que incorpora instalaciones modernas necesarias para la gestión cultural.