1964年，大庆展览馆组建，是大庆博物馆的前身。

1975年，大庆展览馆正式落成，位于儿童公园北侧，在20世纪70、80年代油田开发建设时期，为宣传大庆精神、铁人精神，发挥了重要作用。

1991年，大庆展览馆馆内陈列的铁人王进喜事迹，整体迁入原铁人纪念馆。

1998年，大庆展览馆更名为大庆博物馆。

2005年7月，大庆博物馆新馆破土动工。

2008年6月，大庆博物馆新馆自然部分陈列，面向社会免费开放。

2011年11月，大庆博物馆二期布展，面向社会全面开放。