Po zakończeniu II wojny światowej Sobibór i jego historia została zapomniana na blisko 20 lat. Pierwsze inicjatywy upamiętnienia sobiborskiego miejsca kaźni podjęto dopiero w pierwszej połowie lat 60. XX w. Miało to związek z procesami hitlerowskich oprawców w Hagen (Niemcy) oraz Krasnodarze (ówczesne ZSRR).
Autorem koncepcji pierwotnego upamiętnienia jest inżynier Romuald Dylewski. Najważniejszymi elementami założenia były pomnik (autorstwa Mieczysława Weltera) przedstawiający kobietę z dzieckiem przy kolumnie nawiązującej do komór gazowych oraz symboliczny kopiec w miejscu cmentarzyska, gdzie palono i zakopywano ciała pomordowanych. Uroczystości związane z odsłonięciem pomnika, zorganizowane przez Wojewódzki Komitet Ochrony Pomników Walki i Męczeństwa w Lublinie, odbyły się 27 czerwca 1965 r. Ówczesna forma upamiętnienia nie do końca oddawała prawdę o tym miejscu. Na pamiątkowej tablicy znalazła się bowiem informacja, że w obozie zginęło około 250 000 jeńców radzieckich.
W 1993 r., w 50. rocznicę wybuchu powstania w Sobiborze, utworzono Muzeum Byłego Obozu Zagłady jako oddział zamiejscowy Muzeum Pojezierza Łęczyńsko-Włodawskiego. Uroczystości z tym związane odbyły się z udziałem licznej grupy byłych więźniów. Wówczas również odsłonięto nową tablicę pamiątkową z informacją o zagładzie 250 000 Żydów w kilku wersjach językowych.
W 2003 r. na terenie byłego obozu, z inicjatywy organizacji społecznych Bildungswerk Stanislaw Hantz z Kassel (Niemcy), Stichting Sobibor (Holandia) oraz Stowarzyszenia Upamiętniania Sobiboru (Polska), stworzono nową formę upamiętnienia – „Aleję Pamięci”. Ułożone przy niej symboliczne kamienie noszą nazwiska osób zamordowanych w Sobiborze oraz upamiętniają określone grupy ofiar (np. Żydzi z Chełma, Włodawy czy Izbicy).
W maju 2012 r. Muzeum Byłego Obozu Zagłady w Sobiborze stało się oddziałem Państwowego Muzeum na Majdanku. Muzeum na Majdanku zainicjowało zaprojektowanie nowej formy architektoniczno-krajobrazowej upamiętnienia byłego obozu zagłady w Sobiborze. Projekt miał zachowywać układ założenia pomnikowego z 1965 roku. Za koncepcję nowego Muzeum i Miejsca Pamięci w Sobiborze odpowiadają członkowie Komitetu Sterującego, w skład którego weszły: Polska, Holandia, Słowacja i Izrael.
Nowy projekt wyłoniony został w międzynarodowym konkursie na koncepcję architektoniczno-artystyczną miejsca pamięci. Opracował go zespół architektów w składzie: Marcin Urbanek, Piotr Michalewicz, Łukasz Mieszkowski i Mateusz Tański.
W lipcu 2017 roku zakończyły się prace nad zabezpieczeniem polany, gdzie znajdują się masowe mogiły z prochami ofiar. Godne upamiętnienie oraz ochrona i właściwe zabezpieczenie tego miejsca to najważniejszy element koncepcji utworzenia nowego muzeum. Polana została pokryta warstwami geowłókniny oraz kruszywa z białego marmuru.
Kolejnym etapem była budowa budynku Muzeum i Miejsca Pamięci w Sobiborze. Swoją bryłą obiekt wpisuje się w przestrzeń po byłym niemieckim obozie zagłady. Składa się z przeszklonej sali wystawienniczej, w której znajduje się wystawa główna, oraz sali wielofunkcyjnej przeznaczonej m.in. do prowadzenia zajęć edukacyjnych, wykładów i seminariów. W budynku znajduje się również miejsce obsługi zwiedzających, a także pomieszczenia biurowe dla pracowników.
W październiku 2020 roku otwarta została wystawa stała „SS-Sonderkommando Sobibor. Niemiecki obóz zagłady 1942–1943”. Za scenariusz wystawy odpowiadali historycy Państwowego Muzeum na Majdanku: dr Tomasz Kranz, dr hab. Dariusz Libionka i Krzysztof Banach. Ekspozycja złożona z 16 paneli tematycznych ukazuje dzieje obozu zagłady w Sobiborze z uwzględnieniem losów poszczególnych ofiar w szerokim kontekście działania nazistowskiego aparatu eksterminacji ludności żydowskiej w Polsce i Europie. Materiały Ikonograficzne to niemal setka zdjęć i dokumentów. Centralną część przestrzeni ekspozycji zajmuje dwudziestopięciometrowa gablota, w której znajduje się 700 obiektów odkrytych podczas trwających od 2000 roku badań archeologicznych. Są to przedmioty osobiste należące do ofiar głównie: biżuteria, klucze, okulary, fragmenty ubrań, przybory piśmiennicze. Większość z nich pozostaje anonimowa. Ekspozycję wystawy stałej cechuje różnorodność pod względem użytych środków. Znajdują się tu zarówno analogowe, jak i multimedialne formy, które mają na celu zachęcić odbiorcę do poznawania, kontemplacji i interpretacji miejsca historycznego.
Budowa Muzeum i Miejsca Pamięci w Sobiborze została sfinansowana z dotacji Ministerstwa Kultury i Dziedzictwa Narodowego, natomiast koszty wystawy Państwowe Muzeum na Majdanku pokryło ze środków przekazanych przez Republikę Federalną Niemiec.
Obecnie trwają prace nad wyeksponowaniem obrysu komór gazowych oraz renowacją pomnika-rzeźby, którego nowe usytuowanie ma uświadomić zwiedzającym tragedię 180 tys. ofiar.
