Строительство здания началось в 1910 году по проекту архитектора В.А.Чистова, и предполагалось использовать для бальнеолечебницы, но в последствии было решено создать НИИ.
Здание в стиле неоклассицизма, но с некоторыми деталями в духе модерна мастерски вписано в историческую постройку города. На гранитных пьедесталах огромные колонны коринфского ордера украшают главный фасад здания.
В мае 1914 года открылся первый в России Городской Романовский институт физических методов лечения (ИФМЛ). В 1941 году институт был эвакуирован из Севастополя. После войны НИИ им. И.М.Сеченова открылся не в Севастополе, а в Ялте, где и находится в настоящее время.
Во время Великой Отечественной войны здание сильно пострадало, и восстановлено только в 1967 году по проекту архитекторов А. В. Вобкова и А. Л. Шеффера.
Еще в советские годы здание передали севастопольским школьникам, оно стало носить звание — Дворец пионеров.
В начале 1990-х годов переименован в Дворец детства и юношества, в котором около 3500 детей от 5 до 17 лет получают бесплатно дополнительное образование. В 1998 году Дворец был признан базовым внешкольным учреждением Украины.
Открыты различные кружки, студии, творческие объединения: народной, классической, современной музыки, хореографии, эстрадного танца, театрального мастерства, судомоделирования; парикмахерского, декоративно-прикладного и изобразительного искусства и др.
Левое крыло дворца на условиях аренды занимает хореографический театр танца.