Орловский краеведческий музей расположен на втором этаже старинного купеческого особняка, который является частью усадебно-паркового ансамбля. В этот ансамбль входят двухэтажное каменное здание с мезонином, одноэтажный флигель, соединенный с основным зданием аркой ворот, и липовый парк. Ансамбль находится на самой высокой точке города. Первым владельцем здания был Митрофан Иванович Синцов, купец первой гильдии и городской голова. В этом уникальном здании проходили торжественные приемы для именитых гостей, включая царя Александра I в 1824 году и цесаревича Александра, будущего императора Александра II, который путешествовал в сопровождении поэта В.А. Жуковского и историка К.И. Арсеньева.

Следующим владельцем дома стал Александр Назарьевич Кузнецов, купец второй гильдии. Он был высокообразованным и прогрессивным деятелем, попечителем многих учреждений не только в Орлове, но и в губернском городе Вятке. Кузнецов возглавлял комитет городской публичной библиотеки, был почетным мировым судьей и 25 лет занимал пост городского головы.

В настоящее время музей включает четыре зала. В «Зале XIX века» представлены мебельный гарнитур XVIII века в стиле барокко, мебель XIX века, консольные часы XIX века и настенные часы швейцарской фирмы «Мозер и К» начала XX века. Здесь также можно увидеть старинные письменные приборы, посуду и одежды священнослужителей из разрушенных храмов города. «Зал истории» знакомит посетителей с жизнью уезда и района в XX веке, рассказывая о развитии здравоохранения, образования, промышленности и сельского хозяйства. Здесь выставлены шкатулки, инкрустированные соломкой, и изделия из можжевельника, выполненные заслуженным работником культуры Г.А. Кырчановым. Отдельное внимание уделено народному театру и отделу природы. В «Боевом зале славы» хранятся ордена, медали участников боев и тружеников тыла, фотографии, документы, личные вещи и оружие, рассказывающие о Великой Отечественной войне. Отдельный уголок посвящен участникам боевых действий в Афганистане и Чечне. В «Выставочном зале» проходят тематические и персональные выставки.

Музей также имеет отдел «Крестьянский быт», где представлены предметы быта крестьян XIX и XX веков.