Paminklas masinių žudynių vietoje nužudytiems žydams atminti buvo pastatytas 1945 m., Holokaustą išgyvenusių žydų pastangomis. 1952 m. jis buvo nugriautas. 1960 m. masinių žudynių vietoje buvo įkurtas Panerių memorialinis muziejus kaip Vilniaus kraštotyros muziejaus filialas. 1985 m. buvo pastatytas naujas muziejaus pastatas ir atnaujinta ekspozicija. Teritorija buvo sutvarkyta pagal architekto Jaunučio Makariūno projektą – išasfaltuoti takeliai, sutvirtintos duobės, pastatyti atminimo akmenys su užrašais lietuvių ir rusų kalbomis. Žydų bendruomenė kartu su Vilniaus komitetu Izraelyje 1991 m. birželio mėn. atidengė Paneriuose nužudytiems žydams paminklą su užrašais jidiš, hebrajų ir lietuvių kalbomis. Tais pačiais metais Panerių memorialinis muziejus buvo perduotas Valstybinio Vilniaus Gaono žydų muziejaus žiniai.

2009 m. minint 50 metų muziejaus įkūrimo sukaktį, dalis ekspozicijos buvo atnaujinta. Eksponuojama dokumentinė medžiaga – nacių valdžios išleisti įsakymai ir įvairūs dokumentai, asmeniniai nužudytųjų daiktai, vaikų daiktai, rasti Panerių duobėse, sietas, naudotas sudegintųjų pelenams sijoti, ieškant aukso, kablys, kuriuo lavonai buvo traukiami iš duobių, grandinės, kuriomis buvo sukaustyti lavonus deginę kaliniai; taip pat – pabėgimo organizatoriaus Jurijaus Farberio drabužiai, archeologiniai radiniai, rasti Paneriuose 1964 m., 1973 m., 2004 m.

Unikalus eksponatas yra kopėčios-trapas, kuris buvo naudotas nuo 1943 m. rudens, kai naciai slėpdami savo nusikaltimų pėdsakus sudarė specialią 80 Vilniaus geto kalinių ir kelių karo belaisvių brigadą. Jie atkasinėjo sušaudytųjų kūnus ir kopėčių-trapo pagalba juos mesdavo į milžiniškus laužus.