Перетворення Ясної Поляни до музею було складним і тривалим процесом.
У 1911 р. Софія Андріївна Толстая двічі зверталася до Миколи II з проханням прийняти Ясну Поляну під охорону держави, але отримала відмову. Було вирішено призначити вдові письменника пенсію, яка почасти йшла на утримання садиби. С. А. Товста всіма силами і засобами намагалася зберігати Ясну Поляну, оберігаючи недоторканність кабінету і спальні чоловіка, обстановки всього будинку; нею були зроблені численні записи на предметах побуту і фотографіях, за її участі почалося опис особистої бібліотеки Л. М. Толстого; вона привела в систему зберігалися в садибі листи і надавала допомогу дослідникам, що працювали над біографією письменника. Активну участь в житті садиби брали діти Л. Н. Толстого: Сергій Львович (автор першого путівника по Ясній Поляні, 1914) і Олександра Львівна.
27 травня 1919 Народний комісаріат освіти видав Олександрі Львівні Толстой Охоронну грамоту на Ясну Поляну, в якій засвідчувалося, що садиба і присутня в будинку Толстого речі, що мають «виняткову культурно-історичну цінність і є національним надбанням, знаходяться під охороною держави».
У 1921 р. багато в чому стараннями Олександри Львівни садиба Л. М. Толстого була перетворена на музей. 10 червня 1921 вийшла постанова ВЦВК про новий статус Ясної Поляни. Зберігач музею повинен був створити в Ясній Поляні культурно-просвітницький центр з бібліотекою, школою, організовувати читання лекцій, вистави, виставки, екскурсії. «Комісаром-охоронцем» музею було призначено Олександру Львівна Товста. У 1921 р. музей відвідали 3147 чоловік.
З 1925 р. йшла напружена підготовка до сторічного ювілею Л. М. Толстого (1928). До ювілею у флігелі Кузьминський відкрилася перша виставка («Толстой у Ясній Поляні»), почали виходити томи 90-томного зібрання творів Л. М. Толстого, в Ясній Поляні відкрилася школа імені Л. М. Толстого. А. Л. Товста зіграла величезну роль у створенні музею і його розвитку в 20-і роки. Але в 1929 р. вона була змушена назавжди залишити Радянський Союз.
У 30-і роки особлива увага приділялася відновленню та збереженню Ясної Поляни в історично недоторканому вигляді. Почалося вивчення історії Ясної Поляни за документами і опитуванням сучасників Толстого; була відновлена пасіка, впорядковувалися сади, вироблялися посадки дерев замість вимерлих ... Роботи велися під керівництвом Ботанічного саду Академії наук СРСР.
У 1940 р. Майстри Державної Третьяковської галереї відреставрували твори живопису в будинку Толстого (полотна роботи Рєпіна, М. Ге, І. Крамського ...). Ясна Поляна була передана у відання Академії наук СРСР; музей став перетворюватися в науково-дослідний центр вивчення спадщини Л. М. Толстого.
У 1941 р. над Ясній Поляною нависла загроза окупації. Було вирішено евакуювати речі з будинку Толстого. Евакуацію організувала онука Л. М. Толстого Софія Андріївна Толстая-Єсеніна, яка в 1941 р. стала директором об'єднаних толстовських музеїв. Підготовкою речей до евакуації займався хранитель музею Сергій Іванович Щеголєв. 13 жовтня 110 ящиків з експонатами будинку Толстого були відправлені до Москви, а потім до Томська. Ясна Поляна була окупована протягом 45 днів. При відступі німці підпалили будинок Толстого. На щастя, пожежу вдалося загасити, і в садибі негайно почалися відновлювальні роботи. Перша реставрація була завершена у травні 1942 р. У травні 1945 р. експонати будинку Толстого повернулися на свої колишні місця. Але відновлення Ясної Поляни тривало ще довгий час.
У 1951 р. була проведена серйозна реставрація будинку Толстого; був відновлений яблуневий сад, вимерзлій під час війни, за спогадами жителів села і фотографій - реконструйовано господарські споруди (Кучерська хата, Житньому). У 1953 р. на реставраційні роботи в музеї було виділено 6 млн. рублів.
У ті роки особливого значення набула фондова робота. На кожен з 37 меморіальних об'єктів садиби співробітники музею розробляли паспорта, що містять точний опис об'єкта, його розміри, місце розташування, призначення, фотографії. З 50-х років регулярно виходять у світ Яснополянське збірники наукових статей; перевидаються путівники по будинку Толстого і заповіднику. У 1953 р. (до 125-річчя від дня народження Л. М. Толстого) був підготовлений 1-й том наукового опису особистої бібліотеки Л. М. Толстого. Ця робота велася науковими співробітниками музею під керівництвом В. Ф. Булгакова.
Починаючи з 50-х років розширюється експозиційна діяльність музею, постійно змінюють один одного виставки у флігелі Кузьминський і виставкових залах Будинку Волконського, музей організовує пересувні виставки; розширюються його фонди; зростає число відвідувачів.
У 1971 р. (рік 50-річчя утворення музею) «Ясна Поляна» взяла тримільйонного відвідувача. 150-річчя Л. Н. Толстого (1978 р.) ознаменувалося нагородженням музею орденом Леніна. До ювілею було повністю завершено видання бібліографічного опису книг російською мовою в бібліотеці Толстого (у 2-х томах).
Поступово Ясна Поляна перетворилася на найбільший меморіальний і природний музей-заповідник світового значення.
Новий етап в історії музею почався в 90-ті роки, коли його директором став праправнук Л. М. Толстого - В. І. Толстой. Сьогодні, як і раніше приділяючи увагу традиційними напрямами діяльності музею, Ясна Поляна розвивається в нових напрямках, наприклад: розробка альтернативних туристичних програм, розвиток культурного туризму на базі Ясної Поляни, але з виходом за її межі; реалізація потужного потенціалу в галузі освіти; відродження народних традицій; розширення рекламної та видавничої діяльності; впровадження нових технологій; співробітництво із зарубіжними країнами. У структуру музею включається цілий ряд філій.