Impulsat per la societat civil granollerina, fou creat pel consistori l’any 1932 en un antic edifici del carrer de Sant Bartomeu, i el 1937 passà a la Casa Molina, on restà fins al seu enderrocament (1965). El 1976 es traslladà a un edifici de nova planta dissenyat pels arquitectes Bosch, Botey i Cuspinera i situat en el que havia hagut la seu de la Unió Liberal al carrer d’Anselm Clavé.
Dipositari d’una part destacada del patrimoni arqueològic de Granollers i del Vallès Oriental, hi destaquen les col·leccions de restes arqueològiques neolítiques, procedents de la necròpolis del camí de Can Grau (la Roca del Vallès) i de la bòbila d’en Joca (Montornès del Vallès); de jaciments d’època romana (particularment, les restes de la necròpolis de Can Trullàs de Granollers i dels banys romans d’una antiga vil·la); així com l’aixovar domèstic i el parament militar d’època medieval trobat al Casal d’Olivet (Canovelles). La secció artística conserva mostres d’art religiós medieval i modern, principalment retaules i talles devocionals, així com una àmplia mostra de pintura moderna i contemporània d’artistes locals.
L’any 1987 s’obrí l’extensió de ciències naturals, amb seu pròpia a la torre modernista de la Tela (contruïda el 1912 i rehabilitada el 1986), que és també el centre de documentació del parc natural del Montseny. El jardí que envolta la torre acull una mostra de la botànica i la geologia de la comarca. "L’home i el medi natural", és el títol de l’exposició permanent del museu.
El museu compta amb un tercer espai descentralitzat, L’Adoberia, un centre d’interpretació del Granollers medieval, que exhibeix i difon la història i el patrimoni medieval i moderns de la ciutat de Granollers i alhora exposa i explica l’estructuració social, urbanística i econòmica de la ciutat al voltant de dues restes patrimonials d’alt valor: l’antiga adoberia d’en Ginebreda i la muralla medieval.