Первые шаги к открытию музея  были предприняты, в 1934 – начале 1935 года.

Из документов Орского филиала облгосархива известно, что в начале 1935 года заведующим музеем был Григорий Сафронович Кобелев. Была собрана коллекция местных строительных материалов и рудных минералов. Открытие музея в собственном здании состоялось состоялось 18 июня 1939 года. К этому времени он располагал 2800 музейными предметами: образцами рудных и нерудных полезных ископаемых, драгоценных и декоративных камней и т.п.

18 марта 2011 года музей открыл свои двери для посетителей после реконструкции. Благодаря Муниципальной целевой программе «Городу – музей XXI века»  был проведен капитальный ремонт всех инженерных коммуникаций, закуплено новое оборудование для работы сотрудников. Также смонтировано новое экспозиционное оборудование.

В течение 2010 года была полностью выстроена новая постоянная экспозиция, оснащенная новейшими информационными технологиями, которые позволяют более широко представить культурное наследие города.

Фонды Орского краеведческого музея – это целостное, уникальное по своему составу и содержанию собрание источников разных типов по истории и культуре не только г. Орска, но и Восточного Оренбуржья.  Его структура основана на типологии музейных предметов и их хронологии.На сегодняшний день на хранении находится около 75 000 музейных предметов, охватывающих период с древнейших времен по настоящее время. Собрание постоянно пополняется и включает в себя все виды музейных предметов.Для более эффективной работы по учету, хранению, каталогизации, подготовке выставок и экспозиций в 2010 году приобретена автоматизированная система «Музей-3», в 2011 году программа была установлена. В настоящее время ведется работа по заполнению базы данных. Орский музей избрал для себя инновационный путь развития и на сегодняшний день является самым современным музеем Оренбургской области.