Музей начал свою работу в 1920 году в качестве Шымкентского педагогического музея и педагогической лаборатории Сыр-Дарьинского областного отдела народного просвещения. В 1977 году в специально построенном новом здании коллектив музея создал экспозицию природы и истории края. Была разработана расширенная тематическая и экспозиционная структура. В 1984 году Шымкентский музей впервые осуществил самостоятельные полевые работы по раскопкам поселения Алтын-тобе, а в 1988 году было начато исследование городища Жуантобе.

В 2014 году Президент Казахстана Нурсултан Назарбаев открыл новое здание с самым современным техническим оснащением, возведенное специальное для Историко-краеведческого музея Южного Казахстана.

Общая площадь музея составляет 2,5 тысячи кв.м. Музей состоит из четырех залов: «Природа, палеонтология, археология», «Этнография», «Казахское ханство и новый век», «Независимый Казахстан». Фонд музея и его филиалов насчитывает более 109 тысяч экспонатов. В течение года музей посещает около 100 000 человек. Областной историко-краеведческий музей является региональным культурно-досуговым и научно-исследовательским центром.