Здание Арсенала было в составе бывшей Златоустовской Оружейной фабрики. Здание Арсенала было построено в 1825-1833-х годах, в стиле позднего русского классицизма. В 1815 г. при Златоустовском заводе была открыта Златоустовская оружейная фабрика (ЗОФ). С открытием фабрики появилась необходимость в постройке Арсенала - здания для приемки и хранения оружия и военных припасов. На бывшей заводской площади (на месте где сейчас находится памятник П.П. Аносову), ориентировочно, в начале 1820-х годов для хранения холодного оружия было построено здание временного (деревянного) двухэтажного арсенала, предположительно, по проекту М.П. Малахова. Однако существовала необходимость в постройке каменного и более вместительного здания. В обосновании к постройке Арсенала (помещения для хранения вооружений и боеприпасов) в начале XIX в. говорилось: «Оружие должно храниться в удобном месте, где бы оно не подвергалось порче и ржавчине. А занятое по необходимости на сей предмет заводское училище не может вместить в себя и 1/3 годичной продукции, особенно в таком порядке, в коем бы можно было предусмотреть малейшую порчу на каждом оружии. По сей причине, местное начальство было вынуждено с прибытием военного приемщика на фабрику укладывать оружие в ящики и хранить в особенном сарае до отправления каравана, где оно лежало более 4-х месяцев в соломе. От влияния на оную переменной погоды неминуемо должно получить начало порчи. При том же, заводское училище, находясь с линией обывательских строений, не безопасно от несчастного случая. В таком же положении находится деревянный магазин Оружейной фабрики, который предполагалось поместить в том же Арсенале». Разрешение на строительство нового здания Арсенала было получено и с его возведения началось обновление комплекса ЗОФ в XIX в. В 1822 г. исполняющим должность архитектора Златоустовских заводов и оружейной фабрики Василием Петровичем Бояршиновым (1798-1832 гг.) был разработан проект каменного Арсенала. В 1822 г. В.П. Бояршинов вернулся в Златоуст из Москвы после пятилетнего обучения в Кремлевской архитектурной команде (1816–1822 гг.). Однако этот проект департамент горных и соляных дел признал «требующим дополнения» и предложил составить новый. К маю 1825 года был утвержден проект петербургского архитектора Департамента Горных и Соляных дел Александра Ивановича Постникова и отправлен в Главную контору Златоустовского горного округа. С проектом горный начальник С.П. Татаринов получил и предписание о строительстве Арсенала. В августе 1825 г. на месте закладки Арсенала был отслужен молебен и строительство начато. Руководил строительством и составлял смету В.П. Бояршинов. Но он не дожил немного до его завершения. Он умер 25 марта 1832 г., а 12 августа 1833 г. было произведено свидетельствование построенного здания коллежским асессором Апсолоном. Достраивалось здание Арсенала под руководством Федора Александровича Тележникова, обучавшегося в Академии художеств (1824-1831 гг.) и назначенного в 1831 году главным архитектором Златоустовских заводов. С этого времени и до 1859 года все строительство велось под его наблюдением и во многом по его проектам. С появлением в 1833 году нового каменного Арсенала, предназначенного для хранения образцов изделий Оружейной фабрики, старый временный Арсенал был закрыт и впоследствии снесен. Новый Арсенал представлял собой большое двухэтажное здание, на фронтоне до 1918 г. украшенное государственным орлом и арматурами. Цвет штукатурки внешних стен и внешнее оформление здания Арсенала можно увидеть на цветном снимке с горы Бутыловки, сделанном С.М. Прокудиным-Горским в 1909 г. (отсканированный негатив из коллекции, хранящейся в Библиотеке Конгресса США).Главным (западным) фасадом Здание Арсенала выходило на площадь. На площади (на месте памятника П.П. Аносову) находилось здание временного двухэтажного арсенала, построенного, предположительно, по проекту М.П. Малахова в начале 1820-х годов, которое впоследствии было снесено с постройкой нового здания Арсенала в 1833 г. Позже, в конце XIX в. на площади был установлен памятник Александру II (установлен в 1891 г., снесен после революции) и заложен Александровский сквер. К северу от Здания Арсенала был построен новый каменный корпус Оружейной фабрики (1831-1839 гг.), выполненный также в стиле позднего классицизма. В 1871 году, между зданиями Арсенала и Оружейной фабрики на Свято-Троицкой (Соборной) площади была установлена чугунная литая ограда с коваными узорчатыми воротами, так называемыми «бастенькими воротами», которая служила для проезда на территорию завода большого начальства, а также в церковные праздники для прохода горожан в заводскую церковь. С восточной стороны к зданию Арсенала примыкала заводская территория со вспомогательными строениями. С южной стороны к Зданию Арсенала примыкало здание Главной конторы Златоустовских заводов, построенное в 1820-х годах по проекту архитектора Ф.А.Тележникова в стиле позднего классицизма.
Здание Златоустовского Арсенала было многофункциональным. В новом здании Арсенала не только хранилось оружие, также в нем работали браковщики, военные артиллерийские приемщики (с 1859 г. с пуском Князе-Михайловской сталепушечной фабрики), был магазин готовых изделий. На втором этаже здания размещались Библиотека Златоустовских заводов и Оружейной фабрики, архив и музей Златоустовского горного округа, по некоторым источникам, даже обсерватория. «Музей Златоустовского горного округа» основанный в 1825 г. членами Златоустовского горного учёного общества: П.П.Аносовым (управителем Оружейной фабрики) и П.И.Порозовым (управителем Миасского завода), был переведен в залы верхнего этажа в 1833 году из Главной конторы Златоустовского горного округа. Первыми коллекциями музея были коллекция минералов и горных пород и коллекция холодного форменного и украшенного оружия. О предназначении здания Златоустовского Арсенала говорится в документах за 1864-1865 гг. «Верхний этаж здания - для помещения оружия, оставшегося при фабрике за отменою нарядов, образцового оружия, образцовых произведений заводов Златоустовского округа, минеральной и палеонтологической коллекций, библиотеки и моделей разных устройств и механизмов. Нижний этаж для сборки и пригонки холодного оружия, для исправления (сдачи оружия) артиллерийским приемщикам, для сдачи снарядов артиллерийским приемщикам, для хранения инструментов, чертежей и шаблонов, для хранения стальных орудий, выдержавших контрольную пробу. Часть подвального помещения обращена ныне в магазин для хранения железа и стали». В конце 1860-х гг. при входе в Арсенал были установлены стволы 2-х стальных пушек, отлитые П. М. Обуховым, как память о том, что первые в России стальные пушки были отлиты на Златоустовском заводе. В 1869-1877 гг. проводилась «капитальная перестройка» здания, при коей был переделан государственный герб. По отзывам современников о внутреннем убранстве здания Арсенала конца XIX в.:«Анфилады залов с высокими потолками, колоннами, лепниной на стенах и потолках придавали торжественность и парадность внутреннего убранства. В 1915 г. по распоряжению начальника Златоустовского горного округа Николая Николаевича Приемского (в должности - с сентября 1909 г. по февраль 1916 г.) музей Златоустовского горного округа прекратил свою работу. Помещения Арсенала, где находились музейные коллекции, были освобождены от экспонатов и переданы под размещение контор Управления горным округом. Началась реконструкция Арсенала. Огромные залы перегородили, разделив на множество кабинетов. А в 1916 г. по распоряжению следующего начальника Златоустовского горного округа Николая Михайловича Быхтеева (в должности - с февраля 1916 г. по 18 апреля 1918 г.) в Арсенал было переведено Управление заводами Златоустовского горного округа, а музей был переведен из здания арсенала в здание Управления Златоустовским горным округом и до 1925 года не работал. До наших дней музей дошел, как Златоустовский краеведческий музей. С 1933 года по настоящее время музей располагается в бывшем доме горного начальника. По окончании гражданской войны в здании Арсенала разместилась администрация Златоустовского завода. После 1917 г. Златоустовский завод некоторое время оставался в системе заводов горного округа, но управлялся уже рабочим советом. В 1922- 1930 гг. завод стал центром вновь образованного Южно-Уральского горнозаводского треста. В ходе хозяйственных преобразований в стране и в зависимости от ведомственной подчиненности завод менял профиль и имел разные названия: механический завод (1917-1930 гг.), инструментальный завод-комбинат (с 28.11.1931 г.), машиностроительный (1948-1992 гг.). С января 1930 г. завод носил имя В.И. Ленина. В разные периоды своей истории завод выпускал: чугун, пудлинговую и мартеновскую сталь, булат, широкий ассортимент инструмента и предметов быта, а также военную продукцию (ядра, снаряды, пушки, кирасы, штатное и наградное оружие) и художественную гравюру на стали. В годы Великой Отечественной войны был одним из главных поставщиков снарядов для фронта. В июле 1992 г. на базе бывшего машиностроительного завода им. В.И. Ленина было организовано производственное объединение «Булат». В здании Арсенала – первую половину первого этажа занимал заводской музей, а в остальной части здания размещались различные службы ПО «Булат». В 1988 году в левом крыле здания Арсенала был открыт Второй заводской музей (ассортиментный кабинет) – «Музей истории развития Златоустовского ордена Трудового Красного Знамени машиностроительного завода имени В. И. Ленина» (1988 – 1997 гг.). Существование музея (ассортиментного кабинета) зафиксировано в научной книге Никифоровой «Златоустовская гравюра на стали», выпущенной в 1992 году. Согласно которой, коллекция ассортиментного кабинета граверного цеха Машиностроительного завода им. В. И. Ленина Златоуста начала собираться с 1975 года и включает местное художественное оружие XIX века, среди которого одна работа Ивана Бушуева, а также образцы златоустовской гравюры ХХ века. «Коллекция показывает весь путь развития искусства златоустовских граверов, включает примерно 400 образцов холодного украшенного оружия и гравюры. Очень много экспонатов закуплено у населения Златоуста», – сообщается в издании. Однако частая смена собственников завода и непосредственно здания Арсенала, сопровождающаяся передачей активов, с конца 90-х годов и проводившиеся работы по реконструкции здания в период с 2005 по 2010 гг. не способствовали развитию музея и сохранению экспонатов и многие из них были утрачены.
Здание Арсенала находилось на реконструкции в период с 2005 по 2008 гг., с учетом размещения после её окончания в здании экспозиций Златоустовского краеведческого музея. Реконструкция здания была включена в федеральную программу «Культура», на это было выделено 40 миллионов рублей федеральных средств. Однако в 2008 г. с наступлением кризиса финансирование реконструкции прекратилось. По состоянию на январь 2009 г., в здании Арсенала были выполнены следующие ремонтно-реставрационные работы: произведена замена крыши, частично проведена замена межэтажных перекрытий, заменены окна, выполнены работы по огнезащитной обработке деревянных конструкций пола, проведена расчистка внутренних помещений в здании, частично убраны временные стены и перегородки, установленные в ХХ в., в связи с размещением в здании Управления Златоустовским горным округом и заводоуправления в последующие годы. В результате выполненных работ открылись просторные залы с круглыми колоннами между залами. В 2009 году, после того, как здание перешло в собственность ЗАО «Златоустовская оружейная фабрика» реставрационно-строительные работы были продолжены с учетом того, что один этаж здания предполагалось отдать под размещение музея. До настоящего времени реставрационно-строительные работы окончены не были. В 2005 году здание Арсенала перешло в собственность ООО «Торговый дом «Златоустовская оружейная фабрика». В 2008 – ЗАО «Златоустовская оружейная фабрика», расположившееся в том самом корпусе № 16 на пл. 3 Интернационала, где базировался ассортиментный кабинет. В 2010 году ЗАО возглавил Валерий Томея. Примерно тогда же в том же корпусе параллельно с фабрикой образуется ЗАО «Златоустовская гравюра на стали». В начале 2010-х арендодателем здания Арсенала выступало предприятие ЗАО «Центр имущественной логистики», однако летом 2011 года, по данным налоговой службы, фирма также начала процесс реорганизации юридического лица. В 2010-х годах производственные корпуса завода и Арсенал перешли в федеральную собственность; на протяжении многих лет они пустовали и разрушались, а в конце (октябре) 2015 года, по решению Росимущества, произошла передача федеральных активов - здания Арсенала и 19-го цеха бывшего завода «Булат»; в муниципальную собственность (собственность Златоустовского городского округа).
