Во время первой обороны 13 октября 1854 года здесь, у подножия высоты, произошло Балаклавское сражение. В 1941-1942 годах район Сапун-горы был ареной жестоких оборонительных боев, а в 1944 году, при его освобождении — направлением главного удара советских войск. Это был самый короткий, но и самый трудный путь для освобождения города. Покрытая железобетонными дотами, дзотами и траншеями Сапун-гора являлась мощнейшим участком немецких укреплений вокруг Севастополя. Но они были преодолены, и девять часов штурма Сапун-горы 7 мая 1944 года вошли в историю как тяжелый и кровопролитный бой.

Живописное полотно занимает часть окружности площадью 140 квадратных метров, где его длина составляет 25,5 метров, а высота 5,5 метров. Площадь предметного плана — 83 квадратных метра. Размеры диорамы позволили авторам — художникам Военной студии им. М.Б. Грекова П.Т. Мальцеву (руководитель группы), Г.И. Марченко и Н.С. Присекину показать размах и накал сражения, мужество и массовый героизм советских воинов. Диорама состоит из двух частей — живописного полотна, основной части диорамы, и предметного плана, составляющих единое целое. Предметный план диорамы — рельефный макет местности с вмонтированными остатками инженерных сооружений, подлинным оружием, обмундированием и снаряжением, собранными на месте боев. На площадках у здания музея выставлены образцы боевой техники периода Второй мировой войны.

Диорама была открыта для всеобщего обозрения 4 ноября 1959 года.