Музей-заповедник был основан в 2000 году по решению правительства Свердловской области. Он является преемником Верхотурского краеведческого музея, который был открыт в 1921 году, расформирован в середине 1930-х и воссоздан в 1977 году. В фонды музея-заповедника вошли коллекции краеведческого музея, а также ряд объектов культурного наследия федерального и областного значения.

Музей находится в историческом центре Верхотурья и включает Верхотурский кремль на Троицком камне над рекой Турой, а также Дом для приема почетных гостей на левом берегу реки Калачик, притоке Туры.

Уникальность Верхотурского музея-заповедника заключается в том, что это единственный музей в Свердловской области, расположенный на территории каменного кремля XVIII века, который является культурным, историческим, религиозным и общественным центром города. Ансамбль Верхотурского кремля включает в себя объекты культурного наследия конца XVII и начала XX века, такие как Свято-Троицкий собор, Государевы амбары, Дом воеводы, Приказные палаты и Уездное казначейство. Здесь также находятся археологические памятники и ряд восстановленных объектов, включая Поварню и Караульню, Кладовые палаты, Пороховой погреб и крепостные башни.

Общая площадь музея-заповедника составляет 3,4 га.

Ежегодно его посещают более 50 тысяч человек.