Музей был открыт в 1938 году в доме, где в 1899 году жил в ссылке Ф. Э. Дзержинский. До 1995 года он функционировал как Дом-музей Ф. Э. Дзержинского, а затем был преобразован в музей истории села Кай. С 1 января 2006 года музей стал филиалом районного исторического музея, а 1 января 2016 года ему вернули название Дом-музей Ф. Э. Дзержинского.

Здание музея деревянное и одноэтажное, оно признано памятником истории регионального значения. Экспозиция музея посвящена жизни и быту крестьян конца XIX и начала XX века. Основные экскурсии включают темы: «История Кайского края», «Ф. Э. Дзержинский в Вятской ссылке» и «Жизнь и быт крестьян конца XIX и начала XX века». Для школьников организован краеведческий кружок «Истоки», а для взрослых, клуб по интересам «Собеседник». Площадь музея составляет 0,6 га, а экспозиционная площадь, 106 кв. м. В среднем музей посещают 1 200 человек в год. В структуру музея входят архив, библиотека и фонотека. Он подчиняется районному историческому музею. В музее хранится 798 единиц, из которых 461, предметы основного фонда. Среди наиболее ценных экспонатов, коллекции тканых поясов, монет и самоваров.

Музей выпустил несколько изданий, таких как «Музей истории села Кай», «Легенды старого Кая», «Промыслы Кая» и «Говор Кайского края».