Диорама была открыта 4 ноября 1959 г. Здание, перестроенное с использованием элементов здания военно-полевого музея, находившегося на гребне горы с мая 1945 г., двухэтажное, полукруглое, выполнено из местного инкерманского камня по проекту архитектора В.П. Петропавловского.
На нижнем этаже находится экспозиционный зал. Экспозиция посвящена теме «Севастополь в годы Великой Отечественной войны». Она знакомит с событиями и героями обороны Севастополя 1941-1942 гг. и освобождения города в мае 1944 г.
На втором этаже размещено живописное полотно диорамы, в основу сюжета которой положен художественно обобщенный решающий момент штурма ключевой позиции севастопольского плацдарма 17 немецкой армии. Для изобразительного воспроизведения принят конкретный момент наивысшего напряжения боевых действий – 17 часов 30 мин. 7 мая 1944 г. Число эпизодов, изображенных в диораме, велико. Однако художникам удалось передать самое характерное, типичное: она раскрывает массовый героизм советских воинов и призвана увековечить отдельные подвиги и людей, которые их совершили.
Снаружи здания устроен специальный видовой балкон, с которого открывается вид на Балаклавскую долину. Архитектура здания решена в строгих, лаконичных формах, созвучных общему ансамблю памятников на Сапун-горе.