Историко-краеведческий музей возрождён в 1924 году. Является прямым продолжателем Музеума естественной истории и Горнозаводского музеума, его экспозиции украшают фамильные портреты Демидовых, написанные известными российскими и западноевропейскими художниками, знаменитые демидовские раритеты и рекламная продукция тагильских заводов XIX века. Здание Историко-краеведческого музея является памятником архитектуры федерального значения.

Действующая экспозиция создана в 1992 году и освещает все важные вехи развития края с древнейших времён до 1917 года. Второй этаж здания используется для сменных выставок.

В музее проводятся различные тематические мероприятия: посвящённое киноискусству «Анналы тагильского кинематографа», воссоздающее атмосферу школы XIX столетия «Работа в старой школе», музыкальное «Мелодии военных лет» и др. Положительные отзывы посетителей получают мастер-классы, которые регулярно проводятся специалистами на базе музея.