В 1919 году по инициативе местной интеллигенции при отделе народного образования был создан Дмитриевский музей родиноведения. Первым директором стал А. Ф. Вангенгейм, инспектор отдела народного образования, который позже организовал и возглавил гидрометеорологическую службу СССР. Архивные данные сообщают, что музей разместился в здании бывшего епархиального ведомства, где ранее находилась церковно-приходская школа и квартиры причта. Это двухэтажное каменное здание было построено купцом Н. И. Хоботовым.

Во время Великой Отечественной войны музей не был эвакуирован, и его помещения заняли немецкие солдаты. Документы, книги и археологические находки были уничтожены, а уникальные экспонаты разграблены. В 1946 году музей был восстановлен и вновь открыт для посетителей. Его директором стал известный детский писатель М. М. Горбовцев, который в 1948 году получил третью премию на Всесоюзном конкурсе за повесть «Мишкино детство». В 1999 году музею было присвоено имя его основателя А. Ф. Вангенгейма, а в 2010 году он стал филиалом Курского областного краеведческого музея.

Фонды музея насчитывают около 25 000 единиц хранения, а его экспозиционная площадь составляет 215 квадратных метров. Экспозиция музея охватывает историю Дмитриевского края с XII века до наших дней. Она подробно рассказывает о развитии Дмитриева от маленького села до крупного города Курской губернии в начале XX века. Важное место занимают материалы о Прилепской мануфактуре, где хозяйничала помещица О. Брискорн, и история Дерюгинского сахарного завода, принадлежавшего Великому князю Михаилу Романову. Особое внимание уделено партизанскому движению, поскольку в годы войны Дмитриев стал символом партизанской славы. Гордостью музея является раздел, посвященный космонавтике, где представлены экспонаты, подаренные космонавтами благодаря сотрудничеству Дмитриева и Звездного городка.

В музее также можно увидеть работы известного русского художника А. М. Любимова, ученика И. Е. Репина. Жители Дмитриева гордятся своими земляками: художниками А. М. Любимовым и С. С. Боймом, певцом И. Н. Суржиковым, учеными А. Ф. Вангенгеймом, П. А. Минаковым, Д. С. Соловьевым и В. Г. Родиным, а также политическими и религиозными деятелями А. Н. Волжиным, Н. С. Хрущевым и Феофаном. На дмитриевской земле творили музыканты братья Виельгорские и писатели М. М. Горбовцев и Ю. П. Герман.