Музей истории Дворца принял первых посетителей в октябре 1987 года. Первым руководителем музея стала Степанова Наталья Михайловна, которая с 1979 года заведовала Ленинской комнатой. 

Фонды музея составили экспонаты:

- Музея истории уральского комсомола,  (дата открытия 29 октября 1958 года) к 40-летию ВЛКСМ, первый руководитель Ибрагимов Николай Исмагилович.

- Музея истории пионерских организаций Урала (дата открытия 19 мая 1972 года), руководитель Ипполитова Валентина Александровна.

Со временем в него войдут и фонды Геологического музея (открыт к 50-летию Дворца в 1987 году), руководитель Зубарева Алла Михайловна.

В марте 1982 года Свердловский городской Дворец пионеров и школьников встречал участников Всероссийского слёта актива школьных музеев.

С 2005 по 2014 год музейную работу вела Субботина Любовь Аркадьевна.

Главной целью музея во все времена является сохранение, и транслирование истории уникального архитектурного памятника начала 19 века и учреждения дополнительного образования города Екатеринбурга.

Основной фонд музея составляет 2 265 единиц хранения (минералы, альбомы, летописи, книги, утварь, кино и фотоаппаратура, пионерская символика и др.) Вспомогательный фонд насчитывает более 1000 единиц (копии документов и фотографий вырезки из газет, фотографии, детские поделки). Фонды постоянно пополняются.

Музей ведет поисково-исследовательскую деятельность,  уделяя внимание изучению исторических фактов и их подтверждению, установление хронологических событий и связей между ними, поиск очевидцев. Итогом такой работы становятся выставки, экскурсии, занятия и встречи для разной возрастной аудитории. Приглашаем на обзорные экскурсии и интерактивные программы по Дворцу и Музею (см. Экскурсионная деятельность).

В мае 2018 года Музей впервые принял участие в акции «Ночь музеев в Екатеринбурге», с программами для детей и взрослых. Это стало доброй традицией и ежегодно мы предлагаем новые истории для жителей и гостей города.

В июне 2019 года мы стали членами Ассоциации музеев Екатеринбурга. Совместные проекты и выставки, новые партнеры, квалифицированная помощь в организационных и методических вопросах, дают возможность активно развиваться и расширять горизонты. Музей активно сотрудничает  с образовательными организациями города, с городскими музеями, архивами и библиотеками.