История музея началась в 1964 году, когда во Дворце культуры «Волгоградгидрострой» был организован народный музей под руководством М. Я. Белявской.

Официально Историко-краеведческий музей и городской выставочный зал были созданы 14 августа 1968 года. Учреждение разместилось в бывшем здании магазина «Детский мир» (ул. 50 лет Октября, 10), а его первой заведующей стала К. В. Митерева. Торжественное открытие экспозиций для посетителей состоялось 4 апреля 1970 года.

Появление музея — заслуга руководства молодого города. В те годы подобные учреждения открывали только в городах с населением свыше 300 тысяч человек, до чего Волжский еще не дотягивал. Чтобы обойти это ограничение, музей открыли на правах филиала Волгоградского областного краеведческого музея. Статус самостоятельного учреждения культуры он получил в 1994 году.