Деревянный одноэтажный дом на каменном полуэтаже 1845–1869 гг. Типичный образец городской обывательской застройки 2-й половины XIX в. Декоративное убранство фасада лаконично и тяготеет к «классическому» стилю: развитый карниз, лопатки, простые наличники; во двор выходит веранда. При доме был сад плодовых деревьев.
Дом является флигелем обширного двухэтажного каменного здания, оформляющего поворот с Большой улицы к Рождественскому валу (ныне ул. Столетовых). Здание было построено одним из первых по регулярному плану города 1781 г. купцом Д.А. Столетовым (прадедом Николая и Александра Григорьевичей).
По сохранившимся чертежам была восстановлена первоначальная планировка здания и создана прекрасная экспозиция, в которой передана атмосфера ушедшей эпохи, уклада жизни купеческой семьи, которую прославили в России и за её пределами два её представителя – Александр Григорьевич и Николай Григорьевич Столетовы.
Александр Григорьевич – профессор Московского университета, русский физик с мировым именем, широко известный фундаментальными исследованиями внешнего фотоэффекта и магнитных свойств железа.
Николай Григорьевич - старший брат в большой семье Столетовых, русский военачальник, генерал от инфантерии, руководитель болгарского ополчения в освободительной войне 1877-78 годов, национальный герой Болгарии.
В экспозиции музея с большой любовью воссозданы интерьеры большой и малой гостиных, в остальных комнатах мемориального дома – уникальные приборы из первой российской физической лаборатории, созданной А.Г. Столетовым в Московском университете, письма выдающихся учёных – светил мировой науки прошлого века, книги, рукописи, подлинные документы, фотографии, вещи, рассказывающие об образе жизни и интересах всей семьи, о научной, военной, дипломатической деятельности братьев Столетовых, увековечении их памяти.
Материалы экспозиции интересны как рядовым посетителям, так и специалистам разного профиля, всем, кого интересует историческое прошлое, жизнь и деятельность выдающихся людей – истинных партиотов своего Отечества.