Музей-усадьба «Демидовская дача» представляет собой ансамбль из трёх каменных зданий в стиле ампир, расположенных у Тагильского пруда. Усадьба окружена небольшим парком, известным как сад Демидовской дачи. Комплекс включает в себя главное двухэтажное здание и два одноэтажных флигеля. Центральное здание украшено башенкой с высоким шпилем и флюгером. При взгляде с улицы Красногвардейской создаётся впечатление, что здание одноэтажное, так как крыльцо ведёт на второй этаж. Со стороны пруда здание выглядит как двухэтажное, и вход с этой стороны ведёт на первый этаж. На втором этаже со стороны пруда есть просторный балкон с видом на пруд, Лисью гору и Старую Гальянку. Здание украшено декоративными элементами по углам и стыкам крыши.

Флигели, расположенные по обе стороны от главного здания, представляют собой небольшие одноэтажные домики, которые находятся ближе к пруду. Между ними, перед входом в главное здание, расположена вымощенная брусчаткой площадка с клумбами по углам. Все здания окрашены в жёлтый песочный цвет, крыши и шпиль главного здания выполнены из металла бордового цвета. От главного здания к пруду ведёт дорожка до каменной пристани, центральная часть которой служит смотровой площадкой с ограждением, а по обеим сторонам спускаются лестницы к пруду. Вдоль дорожки и перед главным зданием установлены фонари в старинном европейском стиле. Со стороны улицы перед крыльцом усадьбы также есть площадка, от которой ведут аллеи по саду. В центре сада находится бетонная скульптура советских времён, изображающая обнажённую пару юноши и девушки. Вся усадьба и сад огорожены металлическим забором. На первом этаже главного здания расположен кабинет первого владельца усадьбы, горного инженера Фотия Швецова. На втором этаже находится зал для презентаций, известный как «Демидовский» зал. В одном из флигелей расположена кухня с погребом, а в другом, помещения для сотрудников музея и охраны.

Усадьба была построена в первой половине XIX века знаменитым тагильским инженером-новатором Фотием Швецовым, который владел ею до 1855 года. На Генеральном плане Нижнетагильского округа 1843 года район вдоль Невьянского тракта обозначен как «Матильдино предместье», названное в честь супруги Анатолия Николаевича Демидова, французской принцессы Матильды де Монфор. Вторым владельцем дачи стал князь Сан-Донато Павел Демидов.

В советское время усадьба была передана железнодорожникам и использовалась как комитет комсомола, дом отдыха, техникум, детский сад и спортивная база. В последние годы здание пришло в упадок, парк зарос, а скульптура была частично разрушена. Усадьба стала пристанищем для бездомных и собак, а здание несколько раз горело.

В 2012 году мэр Нижнего Тагила Сергей Носов решил восстановить усадьбу. Свердловская область выделила 50 млн рублей на реконструкцию, а из городского бюджета было потрачено 8 млн рублей на проектно-сметную документацию. Весной 2013 года начались реставрационные работы, которые продолжались три месяца. Поскольку большая часть здания была повреждена, было решено демонтировать около 70 % его верхней части, включая второй этаж и башенку. Второй этаж был отстроен заново, построены флигели, заасфальтированы дорожки, установлены новые фонари и восстановлена каменная пристань.

23 сентября 2013 года восстановление усадьбы и парка было завершено, и музей «Демидовская дача» торжественно открылся. В 2014 году была отреставрирована советская скульптура.

На первом этаже главного здания представлена экспозиция кабинета Фотия Швецова с мебелью и портретами. На втором этаже находится Демидовский зал, украшенный портретами династии Демидовых и предметами Каслинского литья. В 2015 году здесь проходила выставка авторского фарфора.

Южный флигель открыт для посетителей, где можно увидеть кухонную утварь XIX века. Музей-усадьба также проводит презентации, фуршеты, променадные прогулки и вернисажи, привлекая фотографов со всей страны.

После реконструкции музей-усадьба «Демидовская дача» стала популярным местом отдыха и культурных мероприятий для жителей Нижнего Тагила.