Музей в Вышнем Волочке был основан 7 ноября 1932 года на базе коллекций Реального училища, в которых были собраны материалы по геологии, флоре и фауне края. С 1947 года в музее ведется книга поступлений основного фонда, осуществляется переход к профессиональной научной работе с краеведческим материалом. В 1977 году Вышневолоцкий музей стал филиалом Тверского государственного объединенного музея. Тогда же встал вопрос о реконструкции музея, которая началась в 1983 году.
8 мая 2005 года музей возобновил свою работу в отреставрированных помещениях. Общая площадь увеличилась в 4 раза, имеются специально оборудованные фондохранилища, выставочные залы. Для посетителей работают постоянные экспозиции: «Вышневолоцкая водная система», «Природа Вышневолоцкого края», картинная галерея, «Город на рубеже XIX–XX веков», «Археологические древности вышневолоцких земель», «Вышневолоцкий край в годы Великой Отечественной войны».
В музее располагается открытое фондохранилище, которое благодаря реализации подпроекта «Хранилище открыто для всех!» в рамках проекта Министерства культуры Российской Федерации и Всемирного банка «Сохранение и использование культурного наследия в России» оснащено современным оборудованием для открытого показа неповторимой коллекции вышневолоцкого бытового и художественного стекла XIX–XXI веков, насчитывающей более 600 предметов «русского чуда», как его называли во все времена.
Музей является участником межрегионального брендового маршрута «Государева дорога».
