История Марциальных вод связана с именем Петра I, пожелавшего иметь в России свой курорт, не уступающий модным в то время Пирмонту и Спа. Долгое время поиски были тщетны, пока в 1714 году рабочий Кончезерского медеплавильного завода Иван Ребоев, скорбевший «многие годы сердечною болезнию», не обнаружил у рудоносного болота Равдсуо родник, воды которого принесли ему исцеление. Узнав об этом, директор Олонецких горных заводов Геннин сообщил Петру I, что найден целебный источник. Для изучения вод из Петербурга немедленно был послан царский лейб-медик. Действие вод он испытывал на больных солдатах. Результаты оказались благоприятными.

Петр приказал построить вблизи источника дворец, и в 1719 году лично посетил первый русский курорт. Вскоре были опубликованы Докторские правила - "Объявление о марциальных водах на Олонце", представляющие ныне исторический интерес: "Понеже оныя воды исцеляют различныя жестокия болезни, а именно: цынготную, иппохондрию, желчь, безсильство желудка, рвоту, понос, почечуйную, каменную, ежели песок, или малые камни, и оные из почек гонят, от водяной, когда оная зачинается, от запору месячной крови у жен, от излишняго кровотечения у оных, от эпилепсии, выгоняют глисты, также лечат килы, и от прочих болезней великую силу имеют; и ежели кто добрым порядком, с воздержанием в пище и питии, будет их употреблять, то совершенно может исцеление получить, а когда без порядку кто будет их употреблять, с худою пищей и питием, также и не во время, то не токмо пользу какую получит, но еще вящее повреждение здоровью своему и болезнь наведет"...

Результаты лечения государя были настолько благоприятны, что он посещал курорт ещё три раза: в 1720, 1722 и 1724 годах. После смерти императора первый российский курорт был забыт. К концу XVIII века царские постройки обветшали, дворец был разобран. До наших дней сохранилась только церковь апостола Петра, построенная по воле императора. До середины XX века существовала деревня Дворцы, возникшая когда-то при первом русском курорте.

22 марта 1946 года Совет народных комиссаров Карело-Финской ССР принял Постановление об организации в дер. Дворцы Петровского района Петровского музея. 23 сентября 1946 года территория Первого русского курорта была объявлена заповедником, включившим: Церковь апостола Петра, павильон над Петровским источником (1858), павильон над новым источником (1892 – 1894) и дом Горного ведомства.

25 июля 1948 года Петровский музей был открыт для посетителей. Первоначально в экспозиции музея было всего два раздела: "Участие карельского народа в Северной войне" и "Петр I на Марциальных водах".

В 1955 году музей-заповедник на правах отдела вошел в состав Государственного краеведческого музея КАССР. В 1959 году по рекомендации ученого совета НИИ музееведения, музей изменил профиль и стал называться «Музей-заповедник Марциальные воды».