Златоустовский краеведческий музей, один из старейших в России, был основан в 1825 году как музей Златоустовского горного округа. Первоначально его коллекции включали минералы и горные породы, а также холодное оружие с украшениями. С 1833 года музей находился на верхнем этаже нового здания Арсенала. Второе возрождение музея произошло в 1920-х годах, когда он располагался в небольшой комнате площадью 42 кв. м в Златоустовском механико-металлургическом техникуме. Позже музею выделили помещение площадью 480 кв. м, ранее используемое как столярные мастерские техникума.

30 января 1928 года при музее был создан художественный отдел. В 1929 году музей переехал в здание Свято-Троицкого собора, где оставался до 1933 года. С того времени и до настоящего момента музей размещается в бывшем доме горного начальника.

Здание музея признано памятником истории и культуры федерального значения. В 1970-1980-е годы благодаря активной экспедиционной работе была собрана этнографическая коллекция. Появились коллекции древнерусской живописи и медной пластики. Коллекция редких книг была сформирована из изданий XVIII и начала XX веков, переданных из научной библиотеки музея, включая старопечатные книги.

В Златоустовском городском краеведческом музее выставлено уникальное украшенное холодное оружие златоустовских мастеров первой половины XIX века, таких как И. Н. Бушуев и И. П. Бояршинов, изделия из булатной стали, чугунное художественное литье Кусинского и Каслинского заводов, а также работы современных мастеров, выполненные в традициях златоустовской гравюры на металле. В фондах музея хранится 70 663 единицы. В музее работают художественный отдел, отдел истории и отдел природы.