O Palais du Louvre, que abriga o museu, começou a ser construído como uma fortaleza por Philip II no século XII. Não se sabe se foi a primeira estrutura ou se tratou-se de uma readequação de uma torre já existente – nunca saberemos. Mas é possível visitar o que sobrou dessa estrutura medieval nas criptas do museu. O palácio sofreu várias alterações durante a Idade Média até ser convertido em residência por Charles V, em 1546, com renovação em estilo renascentista, época em que foi adquirida a Mona Lisa de Leonardo Da Vinci. Depois que Louis XIV se mudou para Versailles em 1682, o local passou a ser usado por artistas. No século seguinte, Louis XV concordou em fazer uma exposição de 96 peças da coleção real no local. Durante a Revolução Francesa, o Louvre foi transformado em um museu público e, com a prisão do rei Louis XVI, a coleção real se tornou propriedade nacional. A abertura só aconteceu em 10 de agosto de 1793, o primeiro aniversário da queda da monarquia. O público tinha acesso gratuito em três dias da semana a uma coleção com 537 pinturas e 184 objetos de arte.

Na época de Napoleão I, uma nova seção paralela à Grande Galerie foi criada para acomodar novas coleções, provenientes de ações militares. Várias igrejas e palácios foram saqueados pelos franceses e aquisições de obras espanholas, austríacas, holandesas e italianas foram incorporadas às exposições. Uma das mais importantes descobertas durante a campanha de Napoleão no Egito foi a Pedra de Roseta, descoberta em 1799, que permitiu decifrar hieróglifos antigos – mas ela nunca chegou a ir para o Louvre, tendo sido capturada pelos ingleses. Após a campanha egípcia, de 1798 a 1801, Napoleão nomeou Dominique Vivant Denon como o primeiro diretor do museu. Em seu tributo, o local foi renomeado Musée Napoléon, em 1803. Depois da derrota francesa em Waterloo, os donos originais das obras buscaram o seu retorno para seus lugares de origem, mas os administradores do Louvre esconderam muitas delas em suas coleções particulares. Em resposta, os países enviaram emissários a Londres em busca do apoio britânico e várias peças foram devolvidas, inclusive algumas que haviam sido restauradas.
Durante o reino de Louis XVIII e Charles X, já passava de 7.000 o número de obras do museu. Depois da criação da Segunda República Francesa, em 1848, o novo governo investiu na restauração de diversos trabalhos e na conclusão da Galerie d’Apollon, o Salon Carré e a Grande Galérie. Em 1861, Louis-Napoléon Bonaparte comprou 11.835 obras de arte, dentre as quais 641 eram pinturas, ouro grego e outras antiguidades. Cerca de 20.000 peças foram acrescidas na coleção do museu até 1870 e o Pavillon de Flore e a Grande Galérie foram reformadas pelos arquitetos Louis Visconti e Hector Lefuel. Nas décadas seguintes, a maior parte das novas obras vieram de doações e presentes.

A expansão diminuiu seu ritmo após a Primeira Guerra Mundial. Na Segunda Guerra Mundial, a maior parte das obras de arte e itens valiosos foram removidas do museu, principalmente para o Château de Chambord. Em 27 de agosto de 1939, caminhões começaram a deixar Paris com vários itens da coleção do museu. Ao final do ano, a maioria dos trabalhos, exceto aqueles pesados demais para serem transportados ou sem importância deixaram o local. Na foto acima, o marechal alemão Gerd von Rundstedt é visto com um modelo de gesso da Vênus de Milo com o curador do Louvre, Alfred Merlin, em 1940. No começo de 1945, após a liberação da França, a arte começou a retornar para o Louvre.
Em 1874, o Palais du Louvre havia alcançado a sua forma atual. Pouco mais de cem anos depois, o presidente francês François Mitterrand propôs realocar o Ministério de Finanças do país e disponibilizar o prédio para mais espaços de exposição. O arquitecto I. M. Pei ganhou o projeto, que propunha a construção da grande pirâmide de vidro para criação de uma nova entrada no pátio principal. A obra foi inaugurada em 1988, sendo finalizada no ano seguinte. A segunda fase do plano Grand Louvre, a pirâmide inversa, foi finalizada em 1993. Nove anos depois, o público do museu já havia duplicado.
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