Levyhalli valmistui vuonna 1917 entisen kaleeritelakan korjausaltaan paikalle Suomenlinnan kuivatelakan pumppaamoksi, kattilahuoneeksi ja työpajoiksi. Levyhalli on säilynyt pääosin alkuperäisessä asussaan; merkittävimmät muutokset liittyvät kattoikkunoihin, jotka on todennäköisesti uusittu vuonna 1928.

Suomen itsenäisyyden alkuvuosina rakennus siirtyi Suomenlinnan Teknillisen hallituksen konepajan käyttöön, ja sitä käytettiin moottorialusten kunnostukseen. Vuodesta 1921 alkaen hallissa toimi Ilmailuvoimien lentokonetehdas, jolloin tilat muutettiin lentokoneiden kokoonpanohalliksi. Lentokonetehtaan toiminta jatkui Levyhallissa vuoteen 1935 saakka.

Vuonna 1936 rakennus siirtyi Valtion laivatelakan ja myöhemmin Valmet Oy:n käyttöön, ja se oli teollisessa käytössä vuoteen 1985 asti. Levyhallissa säilynyt koneistus on peräisin Valmet Oy:n toiminta-ajalta. Nykyisin Levyhalli palvelee kesäaikaan näyttelytilana.