Музей был открыт 8 мая 1966 года с первой экспозицией под названием «Живым и павшим в боях с фашизмом посвящается». Его первым директором стал художник Василий Максимович Астахов. В 1999 году был открыт археологический музей, который стал филиалом городского музея.

Со временем в музее появились новые залы, экспозиции и выставки, посвящённые строительству Сталиногорского химического комбината и города, а также восстановлению промышленности в послевоенные годы. Коллекция музея пополнялась различными материалами, документами и предметами быта.

В 1981 году была открыта экспозиция, посвящённая поэту Я. В. Смелякову, который находился в Сталиногорске в 1945 и 1947 годах в качестве заключённого. В конце 1980-х годов перед музеем установили боевую машину БМ-13-16 «Катюша», участвовавшую в боях за город.

В 2001 году музей получил статус историко-художественного. Ежегодно он организует более 20 временных выставок и демонстрирует обширную коллекцию художественных произведений, включая картины местных художников, прикладное искусство, предметы старины, нумизматику и многое другое.

В музее собраны исторические материалы о строительстве «Новой Москвы», города Новомосковска, о военных годах, трудностях послевоенного восстановления и дальнейшем развитии города. Здесь можно найти информацию о предприятиях, научных и образовательных учреждениях, а также о людях, оставивших след в истории города, таких как шахтёры, химики, строители и сельские труженики.

Отдельная экспозиция посвящена поэту Я. В. Смелякову, который работал в Сталиногорске в 1945 и 1946 годах. Она включает в себя обширный фотографический и документальный материал, черновики стихов из сталиногорского периода жизни поэта, личные вещи, переданные его вдовой, а также книги учеников и друзей с дарственными надписями.

Музей является не только хранителем истории, но и культурным центром. Здесь регулярно проводятся художественные выставки, представлены экспозиции самого разного характера, от детских рисунков до тульских самоваров, гербариев и уникальных коллекций морских раковин.

С 1980-х годов на территории Новомосковского и соседних районов ведутся археологические раскопки. Большую часть экспонатов для археологического музея предоставили новомосковские археологи под руководством Олега Заидова.