Le musée gallo-romain de Saint-Germain-en-Laye est fondé le 8 mars 1862 par décret impérial. Il est non seulement une réponse aux demandes réitérées d’archéologues, mais aussi à la passion que nourrit Napoléon III pour l’archéologie. L’empereur décide qu’il sera installé dans le château de Saint-Germain-en-Laye, haut lieu historique de l’Ancien Régime. Un vaste chantier de restauration du bâtiment, mené par Eugène Millet (1819-1879), élève d’Eugène Viollet-le-Duc (1814-1879), s’engage dès 1862 pour s’achever dans les années 1910. Il s’agit d’effacer les traces des agrandissements de Jules Hardouin-Mansart sous Louis XIV, les marques de l’occupation par l’école de cavalerie de Napoléon Ier, et enfin, les stigmates laissés par le pénitencier militaire fermé en 1855.
À sa création, le musée de Saint-Germain dépend du service des Musées impériaux dirigé par Émilien de Nieuwerkerke (1811-1892), qui est intégré à la Maison de l’Empereur. Le musée est attaché à la deuxième Conservation, ce qui signifie qu’il est sous l’autorité du conservateur des Antiques du Louvre, Adrien de Longpérier (1816-1882). Cet assujettissement ne s’achève officiellement qu’en 1867, à la nomination d’Alexandre Bertrand comme conservateur du musée gallo-romain.
Le musée est inauguré par Napoléon III en personne le 12 mai 1867 en présence de Félicien de Saulcy, Jean-Baptiste Verchère de Reffye (1821-1880), Alexandre Bertrand (1820-1902), Édouard Lartet (1801-1871), Eugène Viollet-le-Duc, Alfred Maury (1817-1892), le comte de Nieuwerkerke, Adrien de Longpérier. Tous associés étroitement à la conception et à l’organisation de l’établissement. À cette occasion l’empereur offre au musée les deux premiers volumes de l’Histoire de Jules César, dont le tome I est dédicacé de sa main, montrant par-là l’extrême attention qu’il porte à la nouvelle institution.