Музей был основан осенью 1904 года как учреждение для демонстрации наглядных пособий под эгидой "Общества попечения о детях", возглавляемого В.И. Луниным, известным общественным и политическим деятелем Кубани. Первоначально в музее было около сотни экспонатов, и он располагался в одной из комнат Армавирской женской гимназии. Со временем музей расширялся, несколько раз менял местоположение и в итоге обосновался в Пушкинском училище, ныне на улице Р. Люксембург.

В 1911 году музей сменил название на "Армавирский музей научных и прикладных знаний в память 19 февраля 1861 года". В 1920 году он перешел на государственное содержание, а в 1928 году получил новое здание на углу улиц Ленина и К. Маркса. В музее было три отдела: краеведения, труда и санитарного просвещения.

В августе 1942 года здание музея было разрушено в результате налета фашистской авиации, и все фонды были утрачены. В 1948 году музею временно предоставили сохранившийся особняк на улице Ленина, 114, где он находится и сегодня. В ноябре 1949 года музей вновь открылся для посетителей, а все экспонаты были собраны послевоенным коллективом.

Коллекция музея включает палеонтологические находки, такие как кости мастодонта, носорога, гиппариона, саблезубого тигра и морской фауны. Среди них выделяется огромный череп трогонтериевого слона, обитавшего на Кубани 250 тысяч лет назад. Археологические коллекции собраны из экспедиций на территории Средней Кубани с 1967 года, включая золотые украшения Майкопской и Северо-Кавказской культур, скифской культуры, меотов и сарматов, а также аланов. Уникальная коллекция каменных изваяний скифов и половцев, в основном найденных в окрестностях хутора Горькая Балка, также представлена в музее. В коллекции имеется памятник киммерийской культуры, "оленный камень", а также чернолаковая и краснолаковая керамика и терракотовые статуэтки.

Особую ценность представляет коллекция оружия XVIII и XX веков, включающая кинжалы, шашки, ружья и пистолеты времен Кавказской войны, а также оружие гражданской и Великой Отечественной войн.

В фондах музея также хранятся коллекции самоваров, преимущественно тульского производства, мебели XIX и начала XX веков, "кузнецовского" фарфора и этнографическая коллекция, отражающая быт различных народов, проживающих в Армавире.

Коллекция изобразительного искусства включает три этюда М.В. Нестерова, написанных в Армавире: "Морской пейзаж", "Вид на корабль" и "Вид на особняк".

Интерес представляет и коллекция икон XIX и начала XX веков. С начала третьего тысячелетия особое внимание уделяется пополнению коллекции православных икон, отличающихся по колориту и стилистике от икон средней полосы России и ее Севера. Среди них "Троица", "Господь Вседержитель", "Покров" и другие.

В музее также хранится небольшая, но значимая коллекция древнерусских старопечатных и рукописных книг, а также дореволюционные издания журналов и газет, отражающие развитие книгопечатания.