Музей почав свою історію ще у червні 1891 року, коли професор В.Докучаєв, колекціонер і географ, створив у місті музей натуральної історії. Основою колекції слугували речі, які були знайдені у Полтавській губернії під час експедиції під керівництвом професора.

Досліджувалися ґрунти Полтавщини, її флора і фауна. Гербарій і колекція зібраний ґрунтів стала основою першого полтавського музею, який відкрили у вересні 1891 року. Нині також кілька зал музею присвячені традиційно тваринному і рослинному світу цього краю, а також попереднім жителям.

Наразі його експозиція представлена у 35 залах і становить більше ніж 200 тис. екземплярів. Тут можна побачити унікальну колекцію старих українських килимів і плахт, тут стоять, схрестивши на животі руки, камінні баби зі степів, тут зберігаються дзвони Успенського собору, тут відновлено кімнату аристократів Полтавщини ХІХ ст. та інтер’єр звичайної сільської хати, а також тут не обійшлося опішнянської кераміки.

У музеї експонується зброя — бунчуки і булави, шаблі і обладунки. Є невеликий стенд зі східними речами. Скажімо, там можна побачити чайник із Китаю, прикрашений зображенням китайців із німбами на голові.