1984年12月，益阳地区博物馆成立。馆址位于益阳地区长坡路8号，建筑面积800平方米。

1989年，益阳地区博物馆异地兴建。

1991年，竣工。

1995年10月，正式搬迁新馆，新馆位于益阳地区康富北路4号，占地3·78亩，建筑面积1540平方米。

1994年3月，益阳地区撤地建市，原益阳县博物馆和益阳市文管所上收与益阳地区博物馆合并，划分为益阳市博物馆和益阳市文物工作队两家单位。

2001年4月，开始筹划建新馆项目。

2002年，益阳市博物馆异地新建项目正式立项。

2005年8月15日，益阳市博物馆新馆正式开馆。

2007年8月，益阳市博物馆再次异地新建。

2008年9月，大楼完工。

2009年5月8日，正式对外开放。

2023年9月28日，益阳市博物馆正式开馆。