В 1837 году в Архангельске была создана «Выставка произведений губернии», в которую изначально входило 94 предмета естественно-исторического и этнографического характера. Коллекции хранились и пополнялись в отдельной комнате при Приказе общественного призрения, а в 1840 году их перевезли в казенный дом гражданского губернатора.

На протяжении многих десятилетий в пополнение музейных коллекций вносили вклад представители различных слоев общества: губернаторы, чиновники, интеллигенция, купцы и крестьяне.

С приходом Советской власти было принято решение о создании Северного краевого музея на базе Архангельского городского публичного музея, Епархиального древлехранилища при Архангельском Церковно-археологическом комитете, Рыбопромышленного музея Крайнего Севера и музея Архангельского общества изучения Русского Севера.

Во время Великой Отечественной войны музей продолжал свою деятельность, пополняя коллекции, в том числе и военной тематикой. Сотрудники вели просветительскую работу как в музее, так и в военных госпиталях Архангельска. В 1942 году здание музея дважды пострадало от налетов нацистской авиации. В том же году основные коллекции были эвакуированы в Сольвычегодск для их сохранения и благополучно вернулись в 1944 году.

На рубеже 1950-х и 1960-х годов началось систематическое изучение края с помощью ежегодных историко-бытовых, археологических и природоведческих экспедиций. В результате этой работы существенно пополнились и были заново сформированы коллекции первобытной и средневековой археологии, народной одежды, кустарных промыслов и ремесел, бытовых предметов и орудий труда, памятников техники и естественно-научные. В 1970-1980-х годах фонды музея обогатились разнообразной коллекцией материалов по городской культуре и быту.

Сегодня музейное собрание насчитывает почти 300 тысяч единиц хранения и является крупнейшим комплексным собранием региона, составляя половину музейного фонда Архангельской области.

Архангельский краеведческий музей активно участвует в международных культурных акциях и обмене выставками с российскими и зарубежными музеями, поддерживает тесные связи с соседними регионами России и международные контакты, особенно с коллегами из скандинавских стран, прежде всего Норвегии. Это сотрудничество привело к созданию Музейной сети Баренц-региона. В 2018 году музей стал одним из организаторов и площадкой для проведения IX Российско-Норвежского культурного форума.

Традиционные формы музейной работы удачно сочетаются с современными мультимедийными технологиями и интерактивными выставочными пространствами.