Нижнетагильский музей-заповедник представляет собой объединение музейных учреждений города, включающее музеефицированные памятники индустриального наследия, истории и культуры. Его история начинается с 1841 года, когда П. Н. Демидов основал Музеум естественной истории и древностей.

Сегодня музей-заповедник «Горнозаводской Урал» функционирует как многопрофильное научно-просветительное учреждение, охватывающее историческое, естественнонаучное, художественное, литературное и техническое направления.

В состав музея-заповедника входят десять музеев, которые ярко демонстрируют развитие «горнозаводской цивилизации». Фонды музея насчитывают более 468 тысяч единиц хранения, основную часть которых составляют предметы, связанные с династией Демидовых, основателями тагильских заводов. Среди них, единственный в России Музей истории развития техники черной металлургии, созданный в 1989 году на базе предприятия XVIII-XX веков. Этот музей-завод является центром индустриального наследия Демидовых и соединяет в себе элементы производства Европы и Азии. На его базе развивается проект «Эко-индустриальный технопарк «Старый Демидовский завод», который включает реновацию и адаптацию территории музея-завода. Цель технопарка, сохранение уникального горнозаводского ландшафта «железной» цивилизации Демидовых.

Экспозиция Историко-краеведческого музея подробно раскрывает историю тагильского края с древних времен до 1917 года, включая раритеты рода Демидовых, археологические находки, произведения крепостных художников и рекламные изделия заводов XIX века.

Музей природы и охраны окружающей среды знакомит с богатством уральской земли, минералами, флорой и фауной. Особое внимание привлекает палеонтологический зал, где представлены скелеты мамонтов.

В Историко-техническом музее «Дом Черепановых» можно узнать о традициях тагильских изобретателей, их биографиях и изобретениях, включая уникальные астрономические часы Е. Г. Кузнецова 1775 года.

Этнографический комплекс, Музей быта и ремесел и Музей истории подносного промысла хранят традиции горнозаводского населения и искусство уральской лаковой росписи по металлу. Литературные музеи, Мемориально-литературный музей А. П. Бондина и Литературно-мемориальный музей Д. Н. Мамина-Сибиряка, посвящены литературной жизни Тагила и творчеству «певца Урала».

Музей-усадьба «Демидовская дача», открытая 23 сентября 2013 года, является самым молодым музеем в системе. Он располагается в единственном для Нижнего Тагила образце частного загородного имения первой половины XIX века.