Идея создания публичного музея в Казани зародилась среди преподавателей Казанского университета, который обладал обширными краеведческими и научными коллекциями. В конце 1870-х годов профессор Н. П. Загоскин на заседаниях Общества археологии, истории и этнографии при Императорском Казанском университете поднимал вопрос о создании городского музея.

Во время Казанской ремесленной и сельскохозяйственной выставки 1886 года, организованной Казанским отделением Русского Технического общества, на заседании 31 августа обсуждался проект музея, предложенный А. П. Орловым, директором Казанского реального училища. При поддержке губернского Земства и Городской думы, а также члена Общества археологии, профессора Н. А. Осокина, проект Городского педагогического музея был одобрен.

Всероссийская научно-промышленная выставка, проходившая в Казани с 15 мая по 16 сентября 1890 года, принесла городу значительные доходы и уникальные экспонаты. Городской голова С. В. Дьяченко в своей речи на закрытии выставки призвал поддержать создание городского музея, предложив жителям передать музею частные, университетские и общественные коллекции исторических древностей.

Новый проект и устав музея разработал Р. В. Ризположенский. В мае 1891 года на заседании Городской думы была избрана Комиссия по организации музея. Для сбора средств на его создание была проведена подписка, собравшая более 5000 рублей. Вклад внесли известные казанские купцы и промышленники, такие как И. И. Алафузов, П. В. Щетинкин и другие. Благодаря щедрому пожертвованию О. С. Александровой-Гейнс в размере 500 000 рублей серебром, было решено разместить музей в здании Гостиного двора на Воскресенской улице.

Основу коллекции музея составило 40-тысячное собрание казанского археолога А. Ф. Лихачёва, переданное городу его братом, вице-адмиралом И. Ф. Лихачёвым в 1891 году.

Устав музея был утвержден в 1894 году, а его торжественное открытие состоялось 5 апреля 1895 года. На открытии присутствовали профессора, преподаватели и студенты Казанского университета и ветеринарного института, члены Городской думы, губернатор Казанской губернии П. А. Полторацкий, попечитель Казанского учебного округа В. А. Попов и другие чиновники, архимандрит Филарет и представители городских учебных заведений.

В формировании первых музейных коллекций участвовали учёные Казанского университета, такие как А. А. Штукенберг, Н. П. Загоскин и другие. Музей активно пополнялся за счёт казанских коллекционеров и меценатов, включая В. И. Заусайлова и О. С. Александрову-Гейнс.

Музей занимал первый и второй этажи Гостиного двора и состоял из четырёх отделов: учебного, историко-этнографического, естественно-исторического и Музея имени А. Ф. Лихачёва. Для последнего было создано особое попечительство. Директорами отделов стали профессора Казанского университета, а первым председателем Совета музея и его директором был избран городской голова С. В. Дьяченко.

Название музея менялось несколько раз: с 1918 года он стал Губернским музеем, с 1921 года, Центральным музеем АТССР, с 1944 года, Государственным музеем ТАССР, с 1982 года, Государственным объединённым музеем ТАССР, а с 2001 года, Национальным музеем Республики Татарстан.