Панорама отображает события одного дня 349-дневной обороны Севастополя в период Крымской войны - отражение штурма, предпринятого англичанами и французами 6 (18) июня 1855 года. Автор панорамы - основоположник русского панорамного искусства Франц (Франсуа) Алексеевич Рубо. Он родился 15 июня 1856 года в Одессе в семье француза-переселенца. Окончив Одесскую рисовальную школу, в 1878-1883 годах учился в Мюнхенской Академии художеств у живописца И. Бранд-та. Получив заказ в августе 1901 года, Ф. Рубо в октябре приехал в Севастополь. Он изучал документы, беседовал с ветеранами - участниками обороны, написал около 50 этюдов. Уже в январе 1902 года Рубо выставляет в Зимнем дворце Петербурга эскиз будущей панорамы. После его утверждения уехал в Мюнхен, где приступил к написанию холста. Ему помогали в работе художники Л. Шенхен, И. Мерте, К. Фрош и двадцать студентов Баварской Академии художеств. Одновременно был объявлен конкурс на лучший проект здания. 31 июля 1902 года Комитет по восстановлению памятников Севастопольской обороны утвердил проект инженер-полковника О.И. Энберга. 27 октября 1902 года здание заложили, а в 1904 году завершили строительство, в котором участвовал художник и архитектор В.А. Фельдман. Летом 1904 года живописное полотно доставили в Севастополь. Ф.А. Рубо с помощью своих учеников М.Б. Грекова и М.И. Авилова навесил полотно
(115x14 метров) и смонтировал предметный план (около 1000 кв. метров). 14 мая 1905 года «Севастопольский вестник» оповестил об открытии Панорамы.
Ф.А. Рубо в 1903-1913 годах преподавал в батальной мастерской Петербургской Академии художеств. В 1914 год уехал в Мюнхен, где скончался 13 марта 1928 года. С 1909 по 1911 год панорама по распоряжению Николая II, экспонировалась на Марсовом поле в Петербурге, затем её вернули в Севастополь.
В эдикулах здания Панорамы были установлены бюсты участников обороны, выполненные скульптором А.А. Поповым.
В годы Великой Отечественной войны, в период второй обороны Севастополя 1941-1942 годов, 25 июня 1942 года от прямого попадания авиабомб и артиллерийских снарядов здание получило значительные повреждения, возник пожар. Первыми на помощь прибежали восемнадцать курсантов курсов средних командиров береговой обороны Черноморского флота, находившихся в подземных галереях на Историческом бульваре. Спасённые фрагменты живописного полотна на борту последнего надводного корабля, прорвавшегося сквозь вражескую блокаду, лидера эсминцев «Ташкент», были доставлены в Новороссийск. Затем их переправили в Кустанай, оттуда - в Новосибирск, в 1944 году привезли в Загорск, позже - в Москву, разместив в помещении библиотеки им. В.И. Ленина. В 1946 году специальная комиссия, в состав которой входили И.Э. Грабарь, М.И. Авилов, П.Д. Корин и другие ведущие художники и реставраторы, осмотрев 86 фрагментов холста панорамы, пришла к выводу, что реставрировать живописное
полотно не удастся. Было принято решение: по реставрированным фрагментам заново написать холст панорамы. Выполнение этой сложной работы поручили творческому коллективу художников во главе с Василием Николаевичем Яковлевым - крупнейшим советским живописцем, талантливым реставратором, доктором искусствоведческих наук, академиком живописи, народным художником РСФСР, лауреатом Государственных премий. Главным военным консультантом был адмирал Флота Советского Союза профессор И.С. Исаков. В 1953 году, после смерти В.Н. Яковлева, группу художников, состоящую из семнадцати человек, возглавил народный художник РФСФР, академик живописи, лауреат Государственных премий Павел Петрович Соколов-Скаля. 16 октября 1954 года Панорама вновь приняла посетителей. Здание восстановили по проекту архитектора В.П. Петропавловского. В 1974 году в нишах здания Панорамы установили новые мраморные бюсты взамен утраченных во время войны: адмиралов В.А. Корнилова, П.С. Нахимова, В.И. Истомина, А.И. Панфилова, Ф.М. Новосильского, генерала С.А. Хрулёва, капитана 1 ранга Г.И. Бутакова, штабс-капитана А.В. Мельникова, Н.И. Пирогова, Л.Н. Толстого, квартирмейстера П.М. Кошки, матроса И.В. Шевченко и Даши Севастопольской. Авторы скульптурных портретов - С.А. Чиж, В.В. Петренко, Н.П. Петрова, Л.С. Смерчинский.
Здание Панорамы создано в стиле модернизированного классицизма, оно круглое в плане, диаметр - 38 метров, высота- 38 метров, толщина стен - 106-155 сантиметров. Установлено на массивном прямоугольном цокольном этаже, обработанном глубоким рустом. Вертикальность здания подчеркнута утопленными в стене пилястрами, между ними расположены
тринадцать эдикул с бюстами. Центральный вход решён в виде прямоугольной пристройки с классическим порталом, оформленным двухколонным дорическим портиком с фронтоном. На нём - рельефное изображение Георгиевского креста, обвитого Георгиевской лентой. В центре - цифра «349». Над куполообразной крышей возвышается ротонда со смотровой площадкой. Здание Панорамы - единственный образец панорамных построек начала XX века на территории бывшего Союза.