Der Salon wurde 1724 aus der Rüstkammer und aus anderen Teilen der Sammlung ausgegliedert.

Einzelne Exemplare wurden aber schon mit dem Aufbau der Kunstkammer im 16. Jahrhundert gesammelt.

Begründer der Sammlung war Kurfürst August von Sachsen. Wie auch bei den Ausstellungsstücken des Grünen Gewölbes
stammen die alten Teile der Sammlung nicht nur aus Sachsen selbst,
sondern wurden in Süddeutschland oder Norditalien gekauft.

Der bis in die Gegenwart gehaltene Name geht auf das Jahr 1746 zurück.

Zwischen 1724 und 1746 hieß die Sammlung „Königliches Cabinet
der mathematischen und physikalischen Instrumente“.

1784 wurde das Observatorium am Mathematisch-Physikalischen Salon gegründet.

Im 19. Jahrhundert hatte die Sammlung einen großen Einfluss auf die Technikkultur in Dresden.

Bereits ab dem Ende des 18. Jahrhunderts wurden zunächst die Dresdner
und später alle sächsischen Uhren nach Vorgaben der Zwinger-Uhren getaktet.

• Der „Kosmos des Fürsten“ in der Erweiterten Langgalerie: mechanische Wunderwerke und mathematische Instrumente um 1600.
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• Das „Universum der Globen“ im neugeschaffenen Saal im Zwingerwall: Erd- und Himmelsgloben aus sieben Jahrhunderten.
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• „Instrumente der Aufklärung“ im Festsaal: Fernrohre und Brennspiegel sowie die Geschichte des Physikalischen Kabinetts, des Observatoriums und der Behörde im Zwinger.
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• Der „Lauf der Zeit“ in der Bogengalerie: die Geschichte der mechanischen Uhr vom 16. bis ins 19. Jahrhundert und Stationen für Bildschirmexperimente.