Основата на музейното дело във Варна е поставена през 1887 г. Тогава група учители от варненската Мъжка гимназия под ръководството на Карел Шкорпил и Антон Явашов създават дружинка за събиране на археологически материали от града и неговите околности. На 3 юни 1888 г. Общинският съвет взема решение да се уреди музей към Градската библиотека. За основа на сбирката послужили вече събраните материали в Мъжката гимназия и предметите, намерени при строителството на жп линията Разделна–Девня. През 1892 г. Министерството на народната просвета нарежда фондът на музейната сбирка да се изпрати в София за създаването на централен музей. Въпреки съпротивата на варненската община през 1893 г. всички материали са изпратени в София. През 1894 г. Карел Шкорпил се завръща като учител във варненската Мъжка гимназия и подема инициативата за уреждане на нова музейна сбирка. На следващата година (1895) тя се пренася в сградата на новопостроената Девическа гимназия.

Много важна роля за разрастването на археологическата сбирка има създаването на Варненското археологическо дружество на 12 декември 1901 г. Още на учредителното събрание се взема решението дружеството да направи всичко необходимо за организиране на градски музей, който да издирва, съхранява и изучава паметниците от миналото на Варненски окръг. Това решение не се приема с охота от Централното археологическо дружество в София. Възникват редица разногласия между местните дружества и столицата по въпроса имат ли право в провинцията да създават музеи. Това е и едно от условията Варненското археологическо дружество да приеме да стане клон на Централното археологическо дружество в София. В резултат на продължителни преписки през 1902 г. министерството отпуска една стая във варненската Девическа гимназия за съхраняване на събраните старини. В същото време д-р Иван Басанович като общински съветник и член на археологическото дружество подема инициативата за създаване на градски музей. В резултат на 5 юни 1902 г. Общинският съвет утвърждава проектоустава на Варненския археологически музей. Осигуряването на необходимите помещения се протака дълго време от министерството и остава да съществува само археологическа сбирка в сутеренните помещения на Девическата гимназия с уредник Карел Шкорпил и трима помощници - членове на дружеството.

След дълга подготвителна работа на 11 юни 1906 г. е осигурено помещение на тавана на Девическата гимназия и тържествено е открит Окръжен музей. В устава му е формулирано, че целта е населението да се запознае с историята на окръга от най-старо време чак до днешния ден. Предвиждало се да се обособят три отдела: археологическо-исторически, народописен (етнографски) и природен. По-късно на базата на многобройните антични материали музеят се формира като археологически. През 1915 г. директорът на гимназията отнема таванската стая и музеят е преместен отново в сутерена. По време на Първата световна война експонатите са прибрани, за да се спасят от разграбване и евентуално унищожаване при бомбардировките на града. През 1923 г. Археологическият музей се връща в старото таванско помещение. Поради голямата ангажираност на Шкорпил с дейността на дружеството в музея са привлечени нови хора. От 1926 до 1936 г. уредник на музея е архимандрит Инокентий, който развива изключителна събирателска и популяризаторска дейност. По това време музеят е преместен в голямата зала и коридора на втория етаж на Девическата гимназия. От 1931 г. министерството въвежда практиката да командирова учители по съвместителство за уредници на Археологическия музей.

През 1945 г. варненският музей е обявен за държавен. През 1950 г. му е предоставена сградата на първоначалното училище на ул. “Шейново”. Там през 1952 г. е открита новата му експозиция. От 3 март 1983 г. за експозицията на Археологическия музей е предоставен първият етаж от сградата на Девическата гимназия със съответните фондове в приземието като част от новия Историко-художествен музей. От 1993 г. сградата на Девическата гимназия изцяло е заета от възстановения Археологически музей. Създадена е нова експозиция с разгърната площ от около 2000 кв.м, там е представена и постоянна експозиция на икони от XVI–XIX в.

Днес Варненският археологически музей е сред най-големите музеи в страната. В него се съхраняват едни от най-забележителните и ценни паметници на световната култура. Той се превърна в културен и научен център с много висококвалифицирани специалисти. Музеят и неговите колекции представят България на десетки национални и международни изложби. Със свои самостоятелни изложби е гостувал на прочути музеи във Франция, Германия (два пъти), Япония, Израел, Италия и на световните изложения в Севиля (Испания) – 1992 г., и Лисабон (Португалия) – 1998 г. Паметниците от експозицията и фондовете на музея са база за работа на редица наши и чужди специалисти. Експонатите и музейните обекти Аладжа манастир и Римски терми са едни от най-посещаваните от хилядите туристи на Българското Черноморие.

Най-ранните следи от човешко присъствие във Варненско са засвидетелствани от старокаменната епоха (преди около 100 000 г.). В експозицията на музея тя е представена от среднопалеолитни кремъчни сечива, открити при строежите на заводите в долината на изворите на Девня. От късната старокаменна епоха са няколко други кремъчни сечива и отломъци, намерени при разкопки в района на Побитите камъни. Изследвана е и т.нар. Малката пещера при Белослав, където освен кремъчни изделия са намерени и кости от животни, ловувани от тогавашните хора. Важно място заемат и мезолитните находки от района на мест. Побитите камъни до Варна – единственото находище от среднокаменната епоха (ок. 10000–7000 г. пр.Хр.) на територията на България. Това са т.нар. кремъчни микролити – свидетелство за опознаването от човека на съставните сечива, изработени от малки кремъчни пластини и други материали – дърво, кост. Някои от тях са се използвали като върхове за стрели.

Особено място заемат находките от три гроба, проучени на северния бряг на Варненското езеро, които дават ценни сведения за настъпването на имуществено разслоение сред населението по бреговете на Варненските езера. В един от тях са открити около 1000 предмета, сред които и 31 златни мъниста, които всъщност са най-старото намерено злато на света досега.

Не са изключение и племената, обитаващи Варненския край по това време. Един от най-важните късноенеолитни центрове на това високоразвито общество се е намирал южно от Варна – т.нар. наколни селища, намиращи се сега под водата на Варненските езера, където са открити изложените в експозицията многобройни керамични съдове, украсени с графитна боя, сечива от кост, камък, кремък и рог, както и множество изделия, свързани с култовите практики.

Най-значимият паметник от това време обаче е знаменитият Варненски енеолитен некропол, представен в три обособени експозиционни зали. Намерен при случайни строителни работи в западната индустриална зона на Варна през 1972 г., Варненският некропол скоро се превърна в сензационно научно откритие, чието значение надхвърля значително границите на праисторията на съвременна България. В резултат на проучванията досега (разкопките не са завършили – все още не са разкопани около 30% от предполагаемата територия) са открити 294 гроба. В 57 от тях липсва човешки скелет или кости, само в три от които е съсредоточена по-голямата част от златните предмети, както и най-представителните от другите видове находки. Отличителен белег за тези гробове са жезлите или скиптрите – символ на висша светска или духовна власт. Други три гроба са съдържали триизмерно изображение на човешко лице от глина, като на особено характерните места от лицето – челото, очите, устата, ушите – са апликирани златни предмети.