Lastemuuseum Miiamilla asub majas, mis ehitati aastatel 1936–1937 Alar Kotli ja Villem Seidra projekti järgi Kadrioru Lastepargi peahooneks.

Oma aja kohta väga uuendusliku laste vaba aja kompleksi rajas Riigiparkide Valitsus, mille juhatajaks oli toonase riigivanema Konstantin Pätsi vend Peeter Päts. Eesti Spordi Keskliidu eestvedamisel said lapsed siin asjatundlike juhendajate käe all sisukalt vaba aega veeta. Peahoone ees asunud basseinides viidi läbi ujumistreeninguid, mänguväljakutel tegeldi pallimängude ning rütmikaga. Lisaks said lapsed osaleda laulutundides ning õppida tundma loodust ja kodumaa ajalugu. Aeg-ajalt võeti ette matkasid Tallinna lähiümbrusse. Peahoone suures einelauasaalis oli üles seatud hinnaline kinoaparatuur. Hoones paiknesid veel riietus- ja pesemisruumid, mängude ja spordivahendite panipaigad, töökabinetid ning ametikorterid.

Nõukogude ajal kasutas siinseid ruume spordikool. Jalgrattasõit, ujumine, pallimängud, iluvõimlemine, suusatamine – see on vaid väike loetelu aladest, mida lapsed siin läbi aegade on harrastanud.

Aastatel 1953–1962 asus selles majas ka Tallinna Linna Mererajooni TSN TK IV Raamatukogu, mille käsutuses oli väike, vaid 14 m² suurune tuba.

Hoone oli Reet Kriegeri 1978. aastal loodud legendaarse sporttantsuklubi “Palestra” kauaaegne treeningupaik .
Aja jooksul Lastepargi rajatised amortiseerusid. Kõrvalhooned, basseinid ja tribüünid lammutati. Kaalumisel oli ka peahoone lammutamine. Õnneks võeti suure miljöö- ja arhitektuuriväärtusega hoone siiski 2003. aastal muinsuskaitse alla.

2007. aastal alustati Tallinna Kultuuriväärtuste Ameti toetusel hoone renoveerimist.

25. septembril 2009. aastal avati siin Tallinna Linnamuuseumi uus filiaal, Muuseum Miia-Milla-Manda. Alates 15. juunist 2014 on muuseumi uus nimi Kadrioru lastemuuseum Miiamilla.

Kui lastemuuseumi Kalamaja filiaali hakati ümber kujundama Kalamaja muuseumiks, polnud vajadust lastemuuseumi filiaale eristada ning 2019. aastast kannab muuseum nime Lastemuuseum Miiamilla.