Волгоградский областной краеведческий музей был создан как Царицынский музей местного края Обществом содействия внешкольному образованию на базе городского школьного музея при 12-м училище им. Иванова. Cреди организаторов – А. А. Репников, купец и меценат, Почётный гражданин Царицына, член Саратовской учёной архивной комиссии, преподаватели П. П. Курлин, К. Я. Виноградов, А. С. Лебедев, член Саратовской учёной архивной комиссии Б. В. Зайковский, воронежский профессор Б. А. Келлер. Днём основания считается 2 (15) ноября 1914 года. Первым заведующим стал Пётр Павлович Курлин, помощником — заведующий школьным музеем наглядных пособий Василий Романович Кравцов.
С 1915 года музей размещался в Доме науки и искусств, где ему были выделены две комнаты. Экспонировались палеонтологические находки, археологические и нумизматические коллекции.
За годы гражданской войны музей был совершенно заброшен и разорен. Но уже в 1921 году работники музея привели его в надлежащий порядок, и музей был вновь открыт для посетителей. Экспонировались археологические материалы, предметы металлургического производства, экспонаты по зоологии, ботанике, анатомии, географии.
В 1924 году музей получил статус губернского, а в 1925-м году Постановлением Сталинградского губисполкома он был переведен в здание бывшей Преображенской церкви, где располагался до 1942 года.
В дни Сталинградской битвы музей был разрушен, коллекции почти полностью погибли. В 1942-44 годах спасённая часть музейного фонда была эвакуирована в село Цветочное Гмелинского района Сталинградской области, затем в 1944 году в г. Урюпинск. С 1946 по 1954 года музей располагался в г. Камышине. В 1954 году вернулся в г. Сталинград и находился в здании лесного (гидромелиоративного) техникума до 1986 года.
Музей выявляет, комплектует, исследует, хранит и экспонирует памятники истории развития природы и общества на территории края; включает отделы: фондов, археологии, истории и природы края, научной пропаганды, методический и реставрационный. Филиалы: музей-квартира М. К. Луконина, музей музыкальных инструментов Е. Н. Пушкина (г. Волгоград), Калачёвский районный краеведческий музей и Иловлинский музей казачьей архитектуры и быта.
Пропагандирует культурно-историческое наследие и осуществляет культурно-образовательную деятельность по программам: «Воспитание гражданственности и патриотизма населения Волгоградской области», «Формирование экологического и исторического сознания молодежи», «Семья и музей», «Музейный всеобуч», «Милосердие».
В настоящее время действуют экспозиции: «Природа Волгоградской области», «Археология края», «Историческое прошлое края»; тематические выставки: «Мы — Сталинградцы!», «Звёзды спортивного Олимпа», «Чай пили — до 100 лет прожили». Временные выставки знакомят с коллекциями иногородних музеев и частных лиц, своеобразием культурной жизни Волгоградского региона.
Музей посещают более 140 тыс. человек в год.
Ежегодно проводятся областные краеведческие чтения (с 1989 года) и межрегиональная конференция «Традиции патриотизма в культуре и истории России» (с участием Российского государственного военного историко-культурного центра при Правительстве Российской Федерации), материалы которых издаются в сборниках «Вопросы краеведения» и «Традиции патриотизма в культуре и истории России», а также региональные научно-практические конференции и семинары по актуальным проблемам краеведения и музейного дела, ежегодный областной фестиваль «Музеи — хранители традиций» (с 2001 года), юношеский краеведческий фестиваль «Знай и люби свой край!» (с 2004 года), конференции юных экологов и археологов, работают краеведческие кружки и клубы.
В настоящее время занимает два здания: бывшей Царицынской Земской Управы (1916 г.) и Волжско-Камского коммерческого банка (1879 г.), которые являются памятниками истории и архитектуры конца XIX — начала XX веков регионального значения, построены в стиле эклектики с элементами модерна. Восстановлены после Сталинградской битвы.