Старооскольский художественный музей находится на месте, где когда-то стоял родовой дом Иллариона Илларионовича Симонова, известного купца и городского головы Старого Оскола конца XIX века. Благодаря его поддержке в городе появились богадельня и пять домов при Ахтырской церкви, которая сейчас не сохранилась. Симонов пользовался уважением среди горожан и был известен как меценат.

В 1889 году в доме Симонова установили первый телефон и телефонную станцию города, а в 1906 году, телеграф. По одним данным, дом был разрушен во время Великой Отечественной войны, по другим, снесён и заново отстроен в послевоенные годы.

В 1951 году на улице Ленина был построен небольшой двухэтажный особняк в классическом стиле, украшенный медальонами и арками. Первоначально здание предназначалось для работников механического завода, и в нём жила семья директора завода Филиппа Тихоновича Ефимова. Он с любовью обустраивал дворик, высаживая абрикосы и сирень. Посетители музея до сих пор отдыхают в тени яблони, посаженной Ефимовым.

В конце 1980-х годов здание передали художественному музею, и его интерьеры были полностью перестроены, сохранив лишь несущие стены. На первом этаже разместились администрация и хранилища, а на втором, выставочные залы. Музей открылся 28 июня 1988 года, в день начала XIX всесоюзной конференции КПСС в Москве. В 1992 году здание было включено в список охраняемых памятников истории и культуры как образец жилой застройки 1950-х годов.

С 1989 года первым заведующим музея, который изначально был филиалом Государственного Белгородского художественного музея, стал Александр Федорович Йост. Валерий Иванович Черкашин, старший научный сотрудник и искусствовед, занимался комплектованием коллекции. В 1995 году музей стал филиалом Старооскольского краеведческого музея, а заведующей стала Зоя Александровна Ртищева. С 1998 года музеем руководит Елена Михайловна Маркова, под чьим управлением он стал самостоятельным учреждением культуры и начал организовывать межрегиональные выставки.

Коллекция музея состоит из четырёх отделов: живопись, графика, декоративно-прикладное искусство и скульптура. Она охватывает развитие советского и постсоветского искусства с 1940-х годов до наших дней. Основу коллекции составили работы, переданные Художественным фондом РСФСР и другими организациями, а позже она пополнилась произведениями современных авторов Черноземья и художников стран СНГ.

Музей гордится работами Народных художников РСФСР, таких как Н. Я. Бут и К. М. Максимов, а также заслуженных художников и лауреатов государственных премий. В отделе современного искусства представлены произведения старооскольских художников, включая И. Н. Хегая и Е. М. Маркову. Работа по пополнению коллекции музея продолжается.