Рыбинский музей-заповедник ведет свою историю с 17 (30) октября1910 г., когда в городе открыл свои двери естественнонаучный музей, располагавшийся в здании Коммерческого училища. Инициатором его создания была местная интеллигенция, объединенная в отделение Ярославского естественно-исторического общества (Н.Н.Розов, А.А.Михайлов, Л.А.Альбицкий, Б.Г.Верди и др.) К1913 г. в музее существовало 5 отделов: минералогический, геологический, зоологический, ботанический, антропологический, а его собрание насчитывало несколько тысяч предметов.

14 декабря1919 г. по инициативе Д.А.Ушакова, поддержанной А.А.Золотаревым, Л.А.Альбицким, А.В.Буровым и др., при содействии городского руководства в городе был основан еще один музей – художественно-исторический. Ядром его коллекции стали собрания окрестных дворянских усадеб, вскоре дополненные значительными поступлениями из хранилищ художественных произведений Москвы и особенно Петрограда. Первым профессионалом музейного дела в Рыбинске стала Е.В.Соснина-Пуцилло, пришедшая в музей вслед за своей коллекцией прикладного искусства, конфискованной у ее родственников Рыбинской ЧК. 5 января1927 г. естественнонаучный и художественно-исторический музеи были на правах отделов объединены в краеведческий, который в конце1929 г. занял часть здания Хлебного, или Мучного, гостиного двора.

1930-е гг. начались арестами сотрудников музея, обвиненных в приверженности «реакционной идеалистической идеологии» (А.А.Золотарев, Е.В.Соснина-Пуцилло, Л.А.Альбицкий) и списаниями многочисленных экспонатов, воспринятых как пережитки старины. К 1935 г. новый коллектив музея «перешел на новые рельсы культурной революции», став площадкой для рапортов о новых свершениях, отмечая революционные юбилеи, укрепляя материалистическое мировоззрение. Особое место в эти годы играл отдел природы, душою которого был художник, писатель и охотник Г.Лесовик. В то же время, в эти годы музей принял сотни единиц хранения из расформированных малых музеев, таких как Пошехонский, Мологский и др.

С началом Великой Отечественной войны музей был свернут, а экспонаты складированы и подготовлены к эвакуации. Но уже в мае1942 г. музей открыл для посетителей часть отделов.

С середины 1950-х гг. музей стал целенаправленно пополнять собрание работами современных художников. 10 февраля1959 г. ему был присвоен статус историко-художественного. Наряду с созданием экспозиций по современной жизни края, началось изучение современной коллекции и планомерная реставрация экспонатов. Появились экспозиции народного искусства, фарфора и стекла, иконописи.

В 1970-1980-е гг., когда музей возглавлял капитан 1 ранга И.Б.Рабинович, усилилась военно-патриотическая работа. В то же время активизировалась и выставочная деятельность музея. В традицию вошли регулярные персональные и коллективные выставки рыбинских художников. Рыбинские экспонаты, в свою очередь, стали нередкими гостями в столичных музеях.

16 января1989 г. музею был присвоен статус историко-художественного и архитектурного музея-заповедника.

В1990 г., с целью увековечения памяти известного физиолога, философа академика А. А. Ухтомского, был открыт его мемориальный дом-музей, ставший отделом музея основного.

В1992 г. городской администрацией было принято решение о передаче музею-заповеднику здания новой хлебной биржи (бывшая Новая хлебная биржа, 1910-1912 гг., архитектор А. В.Иванов). Одно из красивейших в г.Рыбинске, оно расположено на берегу реки Волги. Увенчанное фигурными кровлями с ажурными гребнями, облицованное поливной плиткой и изразцами, здание напоминает сказочные палаты, выстроенные, вместе с тем, по последнему слову техники начала XX века. Внутри оно сохранило значительную часть первоначальной отделки: кованые перила лестниц, лепнину потолков. Здание в короткий срок было приспособлено под музей, и 18 декабря1993 г. состоялось торжественное открытие новых экспозиций.

В 1995 г. появился еще один отдел – музей истории Мологского края, расположившийся в бывшей часовне Афанасьевского женского монастыря. Он посвящен истории земель, в середине ХХ века скрывшихся в водах Рыбинского водохранилища.

В Мучном гостином дворе (большая часть которого закрыта на ремонт), располагается часть музейного выставочного комплекса. Это здание представляет собой каре двухэтажных лавок конца XVIII века. До начала ХХ века оно имело в первом этаже открытые аркады, которые сейчас предполагается восстановить при реставрации здания.