История музейного дела в Краснотурьинске начинается с 1894 года, когда Евграф Степанович Федоров и Александр Андреевич Ауэрбах основали геологическое учреждение. Музей развивался благодаря детальным геологическим исследованиям округа, проведенным в 1894 и 1899 годах под руководством Федорова и Никитина.

Это был первый в России геологический музей практического назначения, сосредоточивший материалы по геологическому строению Богословского горного округа. Здесь хранились образцы пород и минералов, картографические материалы и результаты исследований. В 1898 году, по инициативе Пермского губернатора Д. Г. Арсеньева, музей стал доступен для посетителей.

В 1899 году музею было присвоено название «Федоровский геологический музей». Он сохранял практическое значение почти сорок лет после отъезда Федорова и Никитина. Двадцать лет музеем руководил Е. Д. Стратанович, который занимался разведкой месторождений угля, железа, золота и меди.

В 1920-1930-е годы собранные материалы способствовали восстановлению добычи медной руды и открытию месторождений огнеупоров. В 1931 году геолог Н. А. Каржавин открыл месторождение бокситов «Красная Шапочка», что стало важным событием для региона.

В 1950-е годы жители Краснотурьинска решили увековечить память Александра Степановича Попова. В 1952 году было принято решение об открытии музея Попова в его родном доме. В 1957 году была открыта первая экспозиция музея, который получил статус Мемориального музея А. С. Попова.

В 1977 году Богословский алюминиевый завод построил здание для исторической экспозиции музея. В 1980 году домик семьи Поповых был перемещен ближе к главному зданию, а в 1982 году построен переход к нему. К 125-летию со дня рождения Попова был создан интересный мемориальный музей.

В 1978 году дом, где родился Анатолий Константинович Серов, был передан музею. В 1980 году был открыт Мемориальный музей Серова, но в 2000 году он был закрыт, и экспозиция переместилась в исторический отдел краеведческого музея.

Главной экспозицией музея является историческая экспозиция, открытая в 1988 году. Она охватывает всю историю развития региона и уделяет внимание многонациональному составу местных жителей. Особое место занимает Александр Петрович Карпинский, «отец русской геологии».

Музей также имеет отдел «Открытое хранение фондов», где представлены коллекции предметов быта жителей региона XIX и XX веков. Коллектив музея продолжает работу по его развитию и сохранению культурного наследия Краснотурьинска.