Музей был создан 5 сентября 1996 года.

В 1996 году в преддверии празднования 30-летия города по инициативе Главы администрации ЗАТО Бойцова Л.Н. в Вилючинске было образовано новое учреждение культуры – «Народный музей истории города». 

Первый директор музея Новикова Н.М., еще не имея ни помещения, ни сотрудников, начала работу буквально с нуля. По воспоминаниям старожилов она восстанавливала историю становления и развития города, создавала основы будущих музейных коллекций, набирала и систематизировала архивные материалы.

В 1998 году народный музей стал именоваться краеведческим и получил свое первое помещение - единственную комнату, находившуюся в жилом доме.

К концу 90-х годов XX века стало совершенно очевидно, что развитие дальнейшей полноценной музейной деятельности невозможно без увеличения экспозиционных площадей. И уже в 1999 году музей переезжает в новое просторное здание, в котором вскоре разместится культурный центр города, состоящий из Центральных городской и детской библиотек и самого музея, имевшего теперь выставочный и два экспозиционных зала. 

В начале 2000-х годов музею вновь стало тесно, и часть экспозиции разместилась в помещение ранее предназначенном для фойе.

На сегодняшний день музей располагает 257,2 кв. м., имеет четыре зала общей площадью 177,38 кв. м., фондохранилище и административно – хозяйственные помещения.

Основной фонд музея насчитывает более 4 000 единиц хранения. Выделены следующие коллекции: естественно-научная, фалеристическая, нумизматическая, этнографическая, письменные источники, полиграфическая и печатная продукция, символика, документы, фотодокументы и разное.

Ежегодно Вилючинский краеведческий музей принимает около 10 000 посетителей - местных жителей: от дошкольников до людей старшего поколения; военнослужащих: от новобранцев до офицеров запаса; гостей из разных городов и поселков России: Москвы, С – Петербурга, Екатеринбурга, Новосибирска, Краснодара, Северодвинска, Петропавловска – Камчатского, Елизово, Эссо, Мильково и т.д.

1-й зал «Природа Камчатского края» представлен темами:

• Камчатская фауна

• Обитатели морского дна

• Заповедники и памятники природы Камчатского края («Кроноцкий заповедник», памятник природы регионального значения «Остров Старичков», памятник природы регионального значения «Озеро Дальнее»)

• Вулканизм и полезные ископаемые Камчатского края

2-й зал «Освоение Камчатского края. Тарьинская культура.» представлен темами:

• «Тарьиская культура», первобытнообщинный строй на территории будущего Вилючинска, материальная культура древних ительменов.
Первая и Вторая Камчатские экспедиции под руководством Витуса Беринга

• Первое российское морское кругосветное путешествие И.Ф. Крузенштерна и Ю.Ф. Лисянского (1803 – 1806 гг.)

• Оборона Петропавловска-Камчатского от англо-французской эскадры в августе 1854 года

• Рождение российского морского флота

3-й зал «История образования города Вилючинска» представлен темами:

• Создание базы подводных лодок

• Береговые части обеспечения

• Судоремонт в городе

• «Звездная экспедиция»

• Жители Вилючинска – участники Великой Отечественной войны