Главный дом усадьбы построен между 1800 и 1805 годами для И. С. Мещерского и в дальнейшем он неоднократно менял хозяев.
В июле 1882 года Лев Николаевич Толстой купил усадьбу за 27 000 рублей у коллежского секретаря Ивана Александровича Арнаутова. Лев Николаевич существенно расширил дом, достроив 3 комнаты на втором этаже и парадную лестницу. Строительство осуществлялось под руководством архитектора М. И. Никифорова.
В усадьбе в Долго-Хамовническом переулке (ныне улица Льва Толстого) писатель жил с семьей в течение девятнадцати зим – с 1882 по 1901 годы. Здесь в 1884 году родилась последняя дочь Александра, в 1886 году умер сын Алексей, в 1888 году родился последний ребенок Толстых – Ванечка. В этом доме Толстой написал около 100 произведений: «Смерть Ивана Ильича», «Крейцерова соната», роман «Воскресение», пьесы «Плоды просвещения», «Власть тьмы», «Живой труп» и др.
5 апреля 1901 года Л. Н. Толстой написал последнее в этом доме сочинение – «Ответ Святейшему Синоду». В мае 1901 года Лев Николаевич, как всегда, переехал на лето в Ясную Поляну, но осенью заболел и отправился на лечение в Крым, где пробыл до середины лета 1902 года. Вернувшись затем в Ясную Поляну, он уже не покидал ее по зимам. В хамовническом доме в Москве поселился со своей небольшой семьей старший сын писателя Сергей Львович Толстой.
Последний раз Толстой был в хамовническом доме в сентябре 1909 года проездом из Ясной Поляны в Крёкшино Московской губернии, где проживал В. Г. Чертков.
Дом является историко-бытовым памятником конца XIX века. Сейчас в доме размещается мемориальный музей-усадьба Л. Н. Толстого «Хамовники». В музее сохраняется обстановка времени, когда писатель жил здесь в 1893—1895 годах.