Музей начал свою историю в 1947 году. Собрание музейных предметов насчитывает более 60 тысяч единиц, отражающих 300-летнюю историю Невьянска. Настоящей жемчужиной Невьянского государственного историко-архитектурного музея является Невьянская наклонная башня Демидовых — один из самых известных и таинственных памятников Урала.

В 2008 году открыто здание фондохранилища по адресу: пл. Революции, 5. Начался переезд музейных коллекций в новое здание.

В 2009 и 2013 гг. открыты новые исторические экспозиции: «История Невьянского края в XVII–XVIII веках» и «По улицам старого Невьянского завода (конец XVIII — начало XX века)» на первом и втором этажах Музея истории Невьянского края соответственно.

Ежегодно музей принимает более 130 тысяч туристов. Особенностью деятельности музея являются театрализованные экскурсии на башню, во время которых посетители встречаются с «хозяином Невьянского завода Акинфием Демидовым», слышат его приветственные слова.