河源市博物馆前身是1982年12月21日成立的“河源县博物馆”。

1988年2月，河源市撤县建市时，河源县博物馆改为河源市源城区博物馆。

1993年5月，正式改名为河源市博物馆。

1994年，正式对外开放。

2008年8月8日，加挂在河源市博物馆下的河源恐龙博物馆奠基。

2010年11月26日，河源恐龙博物馆正式对外开放。

2011年9月1日起，龟峰公园正式交付市博物馆管理和维护。

2013年12月31日，河源市博物馆新馆奠基。

2016年12月28日，河源市博物馆新馆建成并正式对外开放。

2022年5月12日，河源市乡贤王恒、冯杰伉俪以“广州市迪士普音响博物馆”名义，向河源市博物馆捐赠文物及文献资料1002件。

2022年11月，河源市博物馆（河源恐龙博物馆）挂牌成立了“河源恐龙研究所”。

2023年8月，成功创建“河源市古生物研究与保护重点实验室”。