Музей находится в исторической части Тулы, в Заречье, на территории Оружейной слободы, где зародился род Демидовых. Он расположен рядом с церковью и колокольней Николы-Зарецкого, которые были построены в 30-е годы XVIII века на средства Акинфия Демидова.

Главной достопримечательностью музея является родовая усыпальница Демидовых в Николо-Зарецкой церкви, где покоятся представители первых поколений этой семьи, долгое время живших в Туле. Николо-Зарецкая или Демидовская церковь с усыпальницей является уникальным историко-культурным памятником федерального значения. Этот уголок старой Тулы привлекает внимание не только ученых и краеведов, но и туристов из разных городов.

В экспозиционном зале представлены уникальные находки из археологических раскопок усыпальницы Демидовых, подлинные образцы тульского оружейного производства XVI-XVII веков, медная посуда XVIII века уральских мастеров, а также предметы замочно-скобяного производства XVIII-XIX веков и миниатюрные фигурные замки конца XVIII века. Особый интерес вызывают памятники науки и техники, такие как универсальные солнечные часы начала XIX века и геодезическая астролябия. В музее также можно увидеть редкие изображения представителей династии Демидовых, включая современных потомков. Музей реализует интересные выставочные проекты, такие как «Лауреаты Демидовских премий», посвященный выдающимся деятелям российской науки, и «Знаменитые жены Демидовых», который впервые обращается к роли женщин в судьбе Демидовых, вдохновлявших своих мужей на великие свершения. Среди них Матильда Бонапарт, Аврора Карловна Шернваль, Елизавета Строганова, Екатерина Лопухина и другие. Связь Демидовых с Италией вдохновила на создание цикла выставок, таких как «Dolce Italia. Демидовы в Италии» и «Итальянская ветвь рода Демидовых», организованных совместно с Центром российской культуры в Риме.

В рамках культурно-образовательной деятельности музей предлагает программы для детей младшего и среднего школьного возраста, включающие тематические интерактивные занятия. Эти занятия носят историко-краеведческий характер и сопровождаются демонстрацией подлинных музейных предметов, проходя в игровой форме. Программы включают «Тула, взгляд в прошлое», «Тула, город мастеров», «Сказ о том, как Никита Демидов с Петром I познакомился», «Старый тульский магазин на ул. Демидовской», «В гостях у тульского гимназиста» и другие. В рамках программы «Народная культура, детям» проводятся занятия по истории филимоновской игрушки, народного костюма и мастер-классы по изготовлению традиционных тряпичных кукол.