Здание Дворца вблизи Красной площади было построено по проекту архитектора Николая Дмитриевича Раевского в 1914 году.
До революции здесь располагались коммерческое училище и торговая школа.
Весной 1941 года после капитального ремонта и перестройки состоялось открытие Дворца пионеров.
В годы Великой Отечественной войны с 15 июля 1941 года по 17 июля 1943 года здесь размещался военный госпиталь.
Несмотря на то, что дом детского творчества открылся накануне ВОВ и был отдан под госпиталь, педагоги продолжали свою работу, но уже в другом здании на улице Советская, д. 10. Действовали кружки художественной самодеятельности, литературный, хоровой, драматический кружки, духовой оркестр, кукольный театр. А также дети посещали занятия по авиамоделированию, фотографии, секции железнодорожного и водного транспорта, автодела в специально оборудованных лабораториях.
В военные годы во Дворце пионеров работали концертная агитбригада и агитклуб под руководством Семена Семеновича Астромирова и Павла Васильевича Моригеровского. Творческие коллективы выезжали на места дислокаций воинский частей на территории области, выступали для эвакуированных из блокадного Ленинграда детей. Агитационная бригада дала около 3000 концертов за время войны, выпустила 1000 листовок, 100 стенгазет, провела 500 лекций и бесед.
В 1950-е годы дом пионеров являлся основным внешкольным учреждением города и области, оказывал методическую поддержку районным домам пионеров, вел широкую учебно-воспитательную работу среди детей во внеурочное время.
В 2021 году Ярославский городской Дворец пионеров отпраздновал свое 80-летие.
С 1 августа 2022 года центр внешкольной работы приглашает ребят в возрасте от 5 до 17 лет на занятия по направлениям: художественное, социально-педагогическое, техническое, физкультурно-спортивное и др. Во Дворце работают несколько десятков творческих объединений, ансамблей, клубов и секций.