改革开放前

广东省博物馆于1957年开始筹建。

改革开放后

改革开放后，广东省博物馆在原址上开始建设新的陈列大楼。

1992年10月新陈列大楼落成，总建筑面积18700平方米，其中新建陈列大楼12300平方米，陈列面积达6000平方米，为原楼1500平方米的4倍。

2003年广东省委、省政府决定投资8·842亿元兴建广东省博物馆新馆。同年，广东省博物馆新馆建筑方案设计国际邀请竞赛举行，邀请了来自8个国家共10家国际著名建筑设计单位参加。后经过专家技术审查、公众展示、网上投票、评委会评审，最终确定设计方案“珍宝容器”为广东省博物馆新馆建筑设计方案。

2004年12月12日，广东省博物馆新馆在广州新城市中轴线——珠江新城中心区南部的文化艺术广场奠基，规划总用地面积4·1万平方米，总建筑面积6·7万平方米，地下一层，地上五层，主要配置有展馆、藏品保藏系统、教育服务设施、业务科研设施以及安防、公共服务、综合管理系统等。

2008年5月，广东省博物馆被国家文物局评为全国首批“国家一级博物馆”。

2010年5月18日，运用“宝盒”设计理念，采用钢筋混凝土核心筒承载巨型钢桁架悬吊结构体系的广东省博物馆新馆建成开馆。

2023年12月1日，发起成立广东省海洋文化遗产科技联盟。

2025年3月，广东省博物馆入选了由联合国教科文组织和中国博物馆协会面向中国博物馆共同发起的“全民博物馆：在无障碍和包容性方面的创新实践案例”。