Музей в Новороссийске был основан 7 июля 1916 года по инициативе вице-губернатора Черноморской губернии Л.А. Сенько-Поповского и изначально назывался Музеем природы и истории Черноморского побережья Кавказа. Его экспозиция была торжественно открыта 27 декабря 1916 года. Основными источниками финансирования музея стали добровольные пожертвования от людей, поддерживающих его развитие.

После установления Советской власти в Новороссийске музей перешел под управление Городского Совета. В его работе участвовали режиссер В.Э. Мейерхольд и писатель Ф.В. Гладков. С 1921 по 1933 годы музей возглавлял Георгий Федосеевич Чайковский, который был автором множества статей о древностях региона и участвовал в археологических съездах Северного Кавказа. Музей был признан научно-художественным учреждением и внесен в список государственных музеев, но финансировался за счет местных средств, с обязательством ежегодно отчитываться о своей деятельности.

К началу Великой Отечественной войны Новороссийский краеведческий музей стал крупным научно-просветительным учреждением Кубани, имея около 7000 экспонатов и библиотеку с 44 500 книгами. Однако в годы войны музей понес значительные потери: здания были разрушены, фонды разграблены, а библиотека уничтожена. Лишь часть археологических коллекций и документов удалось эвакуировать в Тбилиси благодаря усилиям учителя Г.П. Алексаняна.

Восстановление музея началось в январе 1944 года под руководством директора В.М. Мироновой. К маю 1944 года было найдено новое помещение, и 7 ноября музей вновь открылся для посетителей. В его экспозицию вошли как уцелевшие, так и новые экспонаты. К концу 1947 года фонды музея насчитывали 4435 экспонатов, а библиотека, 200 книг.

В 1952 году музей вернулся в часть своего довоенного здания и в 1953 году открыл новую экспозицию. В 1954 году начались раскопки Раевского городища под руководством археолога В.Д. Блаватского. Эти исследования продолжила в 60-70-х годах Надежда Анисимовна Онайко. Сегодня археологические исследования проводятся совместно с Институтом археологии РАН.

В 1958 году музей переехал в новое помещение, где в 1960 году открылась новая экспозиция и диорамный триптих, посвященный освобождению Новороссийска в 1943 году. В 1971 году была открыта мемориальная экспозиция, посвященная оружию и технике Великой Отечественной войны.

В 1977 году музею передали дом, где жил Н.Островский, и часть исторического здания для выставочного зала. Это событие стало значительным для культурной жизни города. За прошедшие годы фонды музея значительно увеличились и сейчас насчитывают более 150 тысяч предметов. Археологические коллекции продолжают пополняться благодаря ежегодным экспедициям.

В 1982 году был создан Государственный музей 18-й армии, а в 1987 году на его базе и других объектов был создан Новороссийский государственный исторический музей-заповедник. Сегодня это второй по величине музей Кубани, играющий важную роль в патриотическом и эстетическом воспитании молодого поколения.