嘉靖二十年（1541年），西山庙（原名关帝庙）建成，历经重修、拓建。

1980年，顺德区博物馆成立。

1985年，顺德县人民政府拨款一百多万元修缮西山庙和右侧的三元宫，作为博物馆馆舍。

1986年底，县人民政府拨款修复的重点景区西山庙竣工后辟作博物馆馆舍。西山庙始建于明代，依山构建，古朴典雅，宏伟壮观，经历代重修拓建，总面积共5072平方米。西山庙和三元宫（文化大革命“顺德县农民自卫军干部学校”旧址）等建筑群体，均保存晚清建筑风格。为顺德区文物保护单位。

1992年3月，顺德撤县建市后，改顺德市博物馆。

1996年，在博物馆左侧建成一座占地288平方米的“顺德农民自卫军干部学校旧址陈列馆”。

2002年12月，顺德撤市建区，改名为顺德区博物馆。

2006年，政府投入100万元资金对西山庙和三元宫进行了大维修，矫正梁架、石柱，更换檩条、椽板，翻新灰塑、木雕等建筑装饰，油漆梁架及内墙壁等。

2008年4月，佛山市顺德区博物馆新馆正式动工建设。

2009年9月，新馆建筑正式封顶。

2013年12月，佛山市顺德区博物馆新馆建成开馆。