У истоков создания музея стояли известные и уважаемые в Твери люди: губернатор князь П.Р. Багратион, городской глава А.Ф. Головинский, секретарь статистического комитета Н.И. Рубцов, директор училищ П.Г. Лекторский, почетный попечитель тверской гимназии, герой Отечественной войны 1812 года поэт Ф.Н. Глинка. Под будущий музей было выделено помещение в здании Тверской мужской гимназии (ныне Тверская медицинская академия).

Первая экспозиция больше походила на промышленную выставку, где были широко представлены образцы промышленной продукции и ремесел Тверской губернии. Предметов старины было немного, но среди них уникальные – часы, изготовленные Ржевским купцом изобретателем-самоучкой Т.И. Волосковым, личные вещи адмирала В.А. Корнилова, манекены в старинных женских костюмах различных уездов Тверской губернии.

В 1872 году музей был передан в ведение управляющего Тверской казенной палатой А.К. Жизневского, и стал для него делом всей жизни. Энтузиазм, энергия, активная собирательская и исследовательская деятельность хранителя способствовали тому, что в «музеуме» стали накапливаться старинные рукописи и книги, археологический и этнографический материал, нумизматические коллекции, старинная церковная утварь. Вместе с ростом коллекции росли опыт и знания заведующего музеем. В 1888 году вышел первый том «Описания Тверского музея. Археологический отдел», ежегодно издавались брошюры «Тверской музей и его приобретения».

В конце 1896 года состоялся переезд музея в здание Императорского путевого дворца, а новым хранителем стал преподаватель гимназии тверской историк В.И. Колосов. Накануне Октябрьской революции в фондах Тверского музея находилось более 14 тыс. предметов старины, около 7 тыс. свитков, свыше 900 рукописей, архивы дворянских родов, более 150 старопечатных книг.

После революции фонды музея значительно пополнились – сюда передавалось имущество из многочисленных имений, закрывающихся церквей, монастырей, из частных коллекций. Небольшой коллектив Губернского музея под руководством А.И. Виноградова смог спасти огромное количество художественных ценностей, ставших практически бесхозными.

В период Великой Отечественной войны большая часть фондовых коллекций была утрачена. Осталось лишь 5% разрозненных экспонатов. За военные и послевоенные годы в музее сменилось несколько директоров, сократились штаты, не осталось квалифицированных сотрудников. Оставшиеся коллекции хранились в неприспособленных помещениях.

В 1958 году музей возвращается в западное крыло Императорского музея дворца. Для его дальнейшего становления и развития многое сделал Е.И. Новосельцев, возглавлявший музей в 1961-1966 годах. Впервые за послевоенные годы он сумел организовать научно-исследовательскую, собирательскую и экспозиционную работу.

С 1967 по 1983 год директором музея был И.М. Бружеставицкий – человек большой эрудиции, удивительного такта, талантливый музейщик, хороший хозяйственник. Именно под его руководством сложился работоспособный коллектив сотрудников головного музея и филиалов, повысилась их квалификация, были построены новые музеи и созданы новые экспозиции, значительно улучшилась материальная база, выросло новое поколение музейщиков.

В 1977 году создано объединение музеев области – Калининский государственный объединенный музей, а Калининский краеведческий музей стал головным музеем объединения. Одной из задач централизации музейного дела было создание в районных музеях принципиально новых в научном и художественном отношении экспозиций. К этой работе привлекались сотрудники всех научно-экспозиционных отделов и отдела фондов калининского краеведческого музея, группы тверских, московских, ленинградских художников, тверские реставраторы.

В 1994 году Тверской краеведческий музей перевели в отреставрированное здание бывшего Реального училища. В 1996 - 2000 годах построена новая краеведческая экспозиция.

Сейчас в составе Тверского музейного объединения (ТГОМ) 31 музей различного профиля, в которых представлены краеведческие, литературные, военно­исторические, этнографические, музыкально­-мемориальные, природоведческие экспозиции.