Türk çini sanatını canlandırmak, yeni bir yön ve hız vermek amacıyla Sultan II. Abdülhamid (1876-1909) tarafından 1891 yılında Yıldız Sarayı bahçesinde Yıldız Çini Fabrika-i Hümâyûnu kurulmuştur. Hemen üretime başlayan Fabrika, 1894 depreminde zarar görmüş, aynı yıl İtalyan Mimar Raimondo d’Aronco’ya adeta yeniden yaptırılmıştır.
 
Sultan II. Abdülhamid’in sanata olan ilgisi, Batı ülkelerini görüp yeni teknolojilerin ülkeye getirilme isteği, Anadolu'da yüzyıllar boyunca geliştirilmiş olan çini ve seramik sanatının yeniden canlandırılması düşüncesi, bu Fabrika’nın yapımında etkili olmuştur. Fabrika’nın kuruluşunda gerekli olan ileri teknoloji, her türlü malzeme ve kalıp, Fransa'daki Sèvres ve Limoges fabrikalarından getirilmiştir. Yıldız Çini Fabrika-i Hümâyûnu’nda üretilen eserlerin tümünde, Fabrika’nın orijinal amblemi olan ay-yıldız damgası yer almaktadır. Damganın hemen altında, eserin hangi yılda üretildiği yazılıdır. Bazılarında bir köşede ya da eserin altında sanatçının adı bulunmaktadır. Eserlerin bazılarında ise, Osmanlı arması, sultanın adının baş harfleri ve tuğrası bulunur.
 
Hereke Fabrikası gibi bir imparatorluk fabrikası olan Yıldız Çini Fabrika-i Hümâyûnu’nda üretilen porselenler, öncelikli olarak son dönem saray, köşk ve kasırların dekorasyonunda kullanılmış ve armağan olarak yabancı hanedanlara sunulmuştur.
 
Fabrikada birçok yerli ve yabancı sanatçı çalışmıştır. Bu sanatçıların en önemlilerinden biri olan Halid Naci, padişah tarafından yetiştirilmek üzere Sèvres Porselen Fabrikası'na gönderilmiştir. Burada çini ressamlığı öğrenen Naci, Yıldız Çini Fabrikası baş ressamlığına atanmış, fabrikanın resim ve süsleme işlerini uzun yıllar idare etmiş, birçok esere imzasını atmıştır. Fabrikanın kurulduğu ilk yıllarda üretilen eserler, form ve bezeme açısından Fransız porselenlerinin etkisindedir.
 
Yıldız Çini Fabrika-i Hümâyûnu’ndaki üretim, 1909 yılında, Sultan II. Abdülhamid’in tahtan indirilmesiyle durdurulmuştur. Bu dönemde Müze-i Hümâyûn Müdürlüğü'ne bağlanan fabrikanın yeniden üretime geçmesi için Müze-i Hümâyûn’un müdürü olan Osman Hamdi Bey girişimlerde bulunmuştur. 1910 yılında Osman Hamdi Bey'in ölümüyle Halil Edhem Bey, Yıldız Çini Fabrika-i Hümâyûnu'nu yeniden çalıştırma hazırlıklarına başlar ve 1911 yılında fabrikada yeniden üretime geçilir. Birinci Dünya Savaşı'nda (1914-1918) ülkenin gereksinim duyduğu telefon ve telgraf izolatörleri için porselen fincanların üretimi yapılmıştır.
 
Cumhuriyet Dönemi’nde bir süre Sümerbank çatısı altında üretimini sürdüren fabrika, 1994 yılında Milli Saraylar Daire Başkanlığı’na bağlanmıştır.
 
Günümüzde müze-fabrika olarak benzerleri arasında özel bir konumu olan Yıldız Porselen Fabrikası, bir yandan günümüz insanının beğenisine yönelik porselen eşya üretimini sürdürmekte, öte yandan da kuruluş yıllarında yaptığı ürünlerin replikalarını üreterek, bir dönem estetiğinin daha geniş kitlelere ulaşmasını sağlayacak projeler geliştirmektedir. Bu ürünler Milli Saraylar bünyesindeki satış mağazalarında ilgililere sunulmaktadır.
 
Fabrikanın logosu yenilenerek, marka koruma hakkının alınabilmesi için Türk Patent Enstitüsü’ne (TPE) yapılan başvuru kabul edilmiş ve 28 Ağustos 2009 tarihinden itibaren 10 yıl süreli olmak üzere belge tescili yapılmıştır.