Революцияға дейін жергілікті және шет аймақтық барлық музейлер түрлі ведомостволардың – статистикалық комитеттердің, Ресей географиялық қоғамының мұрағат комиссиясының, жергілікті қоғамдар – табиғи-ғылыми, тарихи-археологиялық, қалалық өзін өзі басқару, земство және жеке тұлғалардың қарамағында болды.

Олардың жалпы мемлекеттік деңгейде әкімшілік басқармасы да, біртұтас ғылыми және әдістемелік басшылығы да болған жоқ. ХІХ ғасырдың соңына таман Қазақстан аумағында Ресей географиялық қоғамының үш бөлімі жұмыс істеді: біздің музейді құруда ерекше рөл атқарған Орынбор (Орынбор қаласындағы орталығымен); Батыс-Сібір (Омбы қаласындағы орталығымен) және Түркістан (Ташкент қаласындағы орталығымен). Ресей географиялық қоғамының географиялық, этнографиялық және статистикалық мәліметтерді жинақтау, өңдеу және тарату бойынша белсенді жұмыстары музейлер мен кітапханалар құрумен қатар жүрді. Музейлер ашуға өлкені зерттеу ғылыми экспедициялары мен жергілікті статистикалық комитеттердің және өлкетанушылар қоғамдары ықпал етті, себебі «жиналған материалдарды сақтау және жүйеге келтіру, сонымен қатар оларды көпшіліктің назарына ұсынатын орын қажет болды». Қазақстанның ғылыми-өлкетану жұмыстарында алдыңғы орынды 1868 жылы құрылған Орынбор бөлімі алады. Оның мүшелерінің қатарында этнографиялық зерттеулерге көп көңіл бөлген қазақтың көрнекті педагог-ағартушысы Ыбырай Алтынсарин; Қостанай уезі қазақтарының өмір жағдайы туралы 50 жыл бойғы ғылыми мақаласы үшін географиялық қоғамның күміс медалімен марапатталған іс жүргізуші Бейбіт Дауылбаев сынды өлкеміздегі танымал адамдар болды. 1895 жылы Торғай облыстық статистикалық комитеті құрылды және Қостанай, Ырғыз, Торғайда облыс тарихы мен экономикасын зерттеумен айналысып, халық санының есебін жүргізетін тілшілері болды. Торғай облысы халықтық училищесінің инспекторы, өлкенің этнографиялық зерттеуіне үлес қосқан Алекторов пен Қостанайдың қалалық дәрігері Мұхаметжан Қарабаев осы комитеттің толық мүшелері болды. 

ХХ ғасырдың басынан қоғамдық мәдени-ағарту қозғалысы жанданып, жергілікті өнеркәсіп пен сауданың екпінді дамуына байланысты табиғат байлығы мен жергілікті тарихты зерттеу қажеттілігі туындайды. Әр түрлі сирек кездесетін және археологиялық көне дәуірлердің жеке жинақтау да  кең тарала бастады.  Көне жәдігерлерді жинайтын және кездейсоқ иелерінің білместігі салдарынан жойылып кетуден сақтайтын жергілікті қоғамдық музей құру қажеттігі туындады.

Қостанай қалалық думасының шешімімен 1915 жылы 1 тамызда табиғи-тарихи бейіндегі музей құрылды, бастапқыда музей жұмысы қала мектептерінде ағарту жұмыстарын жүргізуге бағытталды.  Музей жалпы ауданы  12 шаршы метр кішкене ағаш үйде орналасты. Зоология, ботаника, география, астрономия бойынша негізгі көрнекі құралдар музейдің алғашқы жәдігерлеріне айналды, оларды Қостанай қаласындағы реалдық училище мен өзге де оқу орындары тапсырды.  Музейді Қостанай реалдық училищесінің биология оқытушысы басқарды,  ол еңбегі үшін айына сақтаушының 25 сомын алып отырды, оған жұмыста 10 сом жалақы алатын күзетші-үй тазалаушы көмектесті.  Музейдің жылдық бюджеті жылуы және жарығымен Қалалық дума бөлетін 900 сомды құрады. Сол кездегі өлшеммен бұл аз ақша емес еді және «тұрмыстық заттар – тас, мыс, шойын, саздан жасалған заттармен, пұт тастармен, жануарлардың тұлыптарымен және т.б.» толықтыру жұмысы қарқынды жүргізілді, этнографиялық және жаратылыстану-географиялық бөлімдер 1918 жылға дейін, музейді қараусыз қалдырғанға дейін жұмыс істеді. 1919 жылдың күзінен бастап Қызыл Армия келгеннен кейін музей қызметі өте қысқа мерзімге қалпына келтірілді, 1921 жылдан бастап ашаршылық пен құлдырауға байланысты музей жұмысын тоқтатты. Дәл осы кезеңде қараусыз қалғандықтан көптеген жәдігерлер жоғалып кетті. Тек 1922 жылы ғана қаланың шетінде сол кездегі аз келушілер үшін музей өз есігін қайта ашты. 

Бірақ 1925 жылы оны бір ғимараттан бір ғимаратқа көшіре бастайды, әсіресе музей үшін 1927 жылдан 1937 жылға дейін өте күрделі кезең болды, 12 рет көшіп, орын ауыстыруға тура келді. Сөйтсе де музей жанындағы өлкетану қоғамының зерттеу жұмыстары 1925 жылдан 1931 жылға дейін белсенді жұмыс істеді және музей жиынтықтарын қызықты жәдігерлермен толықтырып, келушілерді дәрістермен, экскурсиялармен қызықтыра білді.

Сол уақытқа дейін бүкіл құрамы меңгеруші, 1 ғылыми қызметкер және күзетші-үй тазалаушыдан тұратын  музейде тұрақты достар мен кеңес берушілер де болды. Ынтымағы жарасқан және ынталы пікірлес ұжымның болуы ғана музейдің күнделікті өміріндегі толып жатқан қиындықтарды, уайымның бәрін жеңуге мүмкіндік берді. Экскурсиялардың бәрі мінсіз және соңына дейін жүргізілді, ол кезде экскурсия жеткшілеріне арналған арнайы құрылғылар болған жоқ, ал келушілердің музейді қарамай кетуіне жол берілмеді. Олар барлық аумақты табандылықпен «жаяу» аралап, «жинаған» ауыр жәдігерлерді, әсіресе тұрғындардың сыйға берген жәдігерлерін арқалап зор мақтанышпен оралатын. Музейдің суық залдарында «Музей достары кеңесінің» жылдық есепті мәжілісінің ашылуына орайластырылған жаңа экспозицияны асыға құратын. Осы істердің бәрінде де және орындалуында да ең бастысы музейге деген құштарлық екені анық. Оның негізіне қазіргі заманғы музей қызметкерлерінің кәсіби және шығармашылық ізденістері арқау болғандай. 

1936 жылдан бастап музей облыстық, 1937 жылдың қаңтарынан бастап ұзақ жылдар ішінде алғашқы рет қаржы бөлініп, қаланның орталығындағы Ленин көшесіндегі 60 үй тұрақты түрде музейге берілді. Ғимарат ХІХ ғасырдың аяғында ішімдік ішетін орын ретінде салынған, кейін қаланың мәдени өмірінің орталығы – Халық үйі болған.  Музейге екінші қабаттан 3 бөлме берілді, бір бөлігінде облыстық кітапхана және Жамбыл атындағы мектептің жатақханасы орналасты. Қостанай облыстық атқару комитетінің қаулысымен 1938 жылы 17 наурызда ғимарат барлық қосымша құрылыстарымен облыстық музейге тұрақты пайдалануға берілді.  Музейде өлке табиғаты мен тарихы бойынша тұрақты экспозиция ашылып, көрмелік жұмыстар белсенді жүргізілді. Өлкетану тақырыптарындағы көрмелерден басқа облыстық көркемсурет көрмелері де үнемі өткізіліп тұрды, сонымен қатар Жұмысшы-шаруалар Қызыл Армиясының (ЖШҚА) 20 жылдығына, Қазақ КСР-нің 20 жылдығына, Сталиннің 60 жасқа толуына, Лениннің 70 жылдығына көрмелер ұйымдастырылды.

Осы уақыттан бастап музей қоры қалыптаса бастады, ең алдымен қолжазба қоры, ғылыми кітапхана құрылды. Музейде 3 бөлім: табиғат бөлімі, тарих бөлімі, социалистік құрылыс бөлімі құрылды. Қостанай уезінің өткенін зерттеуге бағытталған әрбір зерттеуді әсіресе оны жоспарлау кезінде («қазір ескіліктің уақыты емес») қорғауға тура келді. Бірақ ең қызықты материал келушілердің қызығушылығын арттырып экспозицияда пайда болғанда қарсылық та бәсеңдейтін. Социалистік құрылыс бөлімінің қызметкерлері  аянбай насихат жұмыстарын жүргізіп, 1920-шы жылдары қиын жағдайда, жолсыздықта әрбір елді мекендегі жұмыс күші, жер және егістік туралы деректер алу мақсатында  жол жүріп, өлкенің ауыл шаруашылығы туралы құнды мәліметтер жинады. Зерттеу нәтижелерін көрсетуді ол кезде губерниялық ауыл шаруалық көрмесіне орайластыратын. Бұл көрме оны құрғандардың жадында мәңгі сақталды. 1930-шы жылдардағы тәжірибелі экспозиция құрушылар алғашқы көрмені дайындау барысындағы қорқыныштары мен күдіктерін, қолдарына кедір-бұдырлы сары қағаз бен оқушылардың бояуын алып, қисық диаграммаларды қалай сызғандарын күлімсірей еске алатын. Күндіз-түні жұмыс істеп белгіленген мерзімге үлгіріп,  диаграммалар мен музей жәдігерлерін тосын дайындалған көрмеге орналастыратын. Ауыл шаруашылығының жай-күйі мен даму келешегінен хабар беретін бағаналар мен сандары бар дөңгелектер келушілер қызықты еді. Музей қызметкерлері қатты шаршаса да көрменің адамдарға қажет екенін және басшылықтың мақұлдағанын көріп қуанатын. Ал губерниялық атқару комитетінің мақұлдауы материалдық тұрғыдан қомақты еді, музей ұжымына берілген аздаған ұн мен тұз сол бір ашаршылық жылдары өте жақсы көмек болатын. Музей құрылған алғашқы жылдардан бастап оның қызметінің негізі ғылыми-зерттеу жұмыстары болды. Облысқа геологиялық зерттеу жүргізіліп, хромит, никель, қоңыр теміртас пен шымтезек кен орындары анықталды, ботаникалық жиынтықтар мен топырақ үлгілері жиналып, археологиялық зерттеулер жүргізілді.  Зерттеу жұмыстарына қатысуға жақын маңдағы елді мекендердің тұрғындары тартылды, жергілікті тұрғындар қазына іздейтін қазба жұмыстарына ынталана қатысатын. Музей қазба жұмыстарымен қатар археологиялық ескерткіштерді қорғау қажеттігі жөнінде халыққа насихат жүргізді, ең бастысы өздігінен «қазып алатын» әуесқойлардан қорғау қажеттігін түсіндірді. Қат-қабат жұмыстарға директор  және қалалық партия комитеті, облыстық жоспар, қалалық атқару комитеті, қалалық білім басқармасы өкілдерінен, 9 адамнан құралған музей Кеңесі жетекшілік етті. Қостанайлық  көнекөз өлкетанушы Зотик Петрович Толстых Қазақстанды зерттеу Қоғамының өкілі ретінде музей Кеңесінің мүшесі болды. Музейді ұзақ жылдар бойы өлкетанушы-геолог Павел Елисеевич Чернявский басқарды. Белгілі геоботаник Александр Иванович Реутов музейдің ғылыми қызметкері болып қосымша қызмет атқарды. Директордың жұбайы Васса Андреевна Чернявская директордың адал көмекшісі және музейдегі баға жетпес адам болды.  Ол жақтаушы да, кітапханашы да, музей бойынша кезекші кассир де, тірі бұрыштың меңгерушісі де болды. Қостанайлық суретшілердің бірі  Александр Иванович Никифоров музей суретшісі және макетші болды.  Сонымен қатар, музей штатына ағаш шебері, есеп жүргізуші-шаруашылық меңгерушісі, күзетші, аула тазалаушы және фотограф кірді. Айтпақшы, музей жанынан халыққа қызмет көрсету үшін шаруашылық есебінде фотозертхана құрылды, ол ешқандай табыс әкелмеді, кейін жабылды. Сол кездегі музей көрсететін ақылы қызметтен тек тұрғындардың тапсырмасын орындайтын ағаш шеберханасы ғана қалды, музей қызметкерлері беретін агрономдық ұсыныстар ерекше табысты болды.  Қараусыз қалған музей ауласы тазартылып, 1941 жылға қарай 140 түп ағаш пен бұта отырғызылды, сонымен қатар оқушыларға қосымша көрнекі құрал ретінде қолданылып, телімдегі өсімдіктер орманды дала, дала, шөлейт және шөл аймақтары бойынша бөлінді. Осы жерде каучукты өсімдіктермен, мысалы каучуктың жетімсіздігі жағдайында көк сағызбен тәжірибелік жұмыстар жүргізілді. 1938 жылы құрылған тірі бұрышқа түлкілер, кірпілер, қасқырлар, дала кеміргіштері мен құстар жиналды. Теңіз шошқалары, ақ тышқандар, егеуқұйрықтар өсірілді және сатылды,  аквариум болды. Табиғат бөлімі жануарлар тұлыбын жасауды және жануарларды күтуді мақсат етті, тірі бұрыш қостанайлықтардың қызығушылығын туғызды, кейін экзотариумға айналды.  1938 жылы музейдің жанынан бірінші ғылыми геологиялық секция (құрамында Чернявский, Толстых, Штурбабин және Сунцов) ұйымдастырылды, 1941 жылы – тағы екеу: профессор Никонов басқарған ботаникалық және оқытушы Кононованың жетекшілігімен географиялық секция ұйымдастырылды. Музей сол кезеңде ғылыми-зерттеу ұйымдары: КСРО ҒА бейорганикалық химия институтымен, шымтезек институтымен, Қазақ КСР-нің табиғат және көне ескерткіштерді қорғау бойынша Комитетпен, Наурызым қорығымен, облыстық жергілікті өнеркәсіппен, облыстық жоспармен, облыстық су шаруашылығымен, Қазгеолтрестпен тығыз байланыста болды. МЗМ, КСРО халқы музейі, антропологиялық, зоологиялық, ММУ, революция музейімен, Мәскеу зоопаркімен, Қазақстанның Орталық музейімен, Солтүстік Қазақстан, Семей, Челябі облыстық музейлерімен тығыз қарым-қатынаста болды.

Экспозиция жұмыстарына көп көңіл бөлінді, «Облыстың тау-кен өнеркәсібі және ауыл шаруашылығы» атты жаңа бөлімдер, музейдің кіріспе бөлімі – дүниетану, дінге қарсы бөлім, ежелгі тарих бөлімдері  ашылды. Қорға үлкен қара шкафтардан, шынылы этажеркалар мен бірнеше терең көлденең сөрелерден тұратын экспозициялық жабдықтар берілді. Кейін оларды арнайы қалқандар, көлденең, тік және призматикалық, көп шынылы, жақтаулары білінбейтін  жеңіл сөрелер ауыстырды. Жылжымалы көрмелерге арналған жабдықтар өте ыңғайлы еді.  Экспозиция залдарына өзінің туған үйіне қарағандай қарады.  Сөрелер арасына төсеніштер төселіп, залдар тірі гүлдермен, суреттермен безендірілді. 

Музейдің  Ұлы Отан соғысы жылдарындағы қызметі музей тарихындағы ерекше кезең болды. Қостанайға Мәскеуден Тарих музейінің, Революция музейінің, Шығыс мәдениеті музейінің құнды жиынтықтары көшірілді. Қостанай музейінің қызметкерлері мәскеулік әріптестеріне құнды жиынтықтарды ұқыпты сақтауды қамтамасыз етуге және кейін  бірегей тарихи-мәдени жәдігерлерді көрсету үшін «КСРО халқының ерлігі» атты көрме ұйымдастыруға көмектесті. Музей қызметкерлері уақыт талабына сай ӘХҚҚ бойынша және облыстың жергілікті шикізат қоры туралы және оларды пайдалану мүмкіндіктері жөнінде көрмелер дайындады. Музей жанындағы зертханада жергілікті артельдерге түрлі түсті балшық пен гипстен – тіс ұнтағын, опа, бояулар; көл лайынан – қатты отын дайындау жөнінде ұсыныстар дайындалды. Облыстық дәріхана басқармасына дәрілік өсімдіктер; «13 лет Октября» артелі үшін – қылшақты және талшықты өсімдіктер; «Заготскот» үшін – азықтық балдырлар зерттелді. 

Соғыстан кейін 1949 жылы жергілікті партия және кеңестік ұйымдар музей ғимаратының бір бөлігін парткабинетке алды және 10 жылдан астам музей ғимаратын қайтару туралы талапты ескермеді. Музейдің қор сақтау орындары болмағандықтан көптеген жәдігерлердің жойылуына және бұзылуына алып келді, музейдің дамуы тежелді. 

1970-ші жылдардың басынан бастап музейге есепке алудың ғылыми жүйесі енгізіліп, қор жиынтығы мен жаңа түсімдерді ғылыми сипатттау бойынша көп жұмыстар жүргізілді. Қазіргі уақытта Қостанай облыстық тарихи-өлкетану музейі өлке тарихын, мәдениет мен табиғатын зерттеп, зерделейтін ғылыми-зертттеу, ғылыми-ағарту мекемесі, облыста музей ісін дамытуды үйлестіруші болып табылады.

ХХ ғасырдың аяғы - ХХІ ғасырдың басы музей қызметкерлеріне музейдің қазіргі қоғамдағы орнын қайта қарау, оның қызметінің жаңа басым бағыттарын айқындау уақыты болды. Музейдің мәдени-ағарту қызметі аймақтың мәдени ортасын қалыптастырудың анықтаушы факторы ретінде және халықтың, әсіресе жастардың бос уақытына шығармашылық сипат беретін маңызды рөлге ие болды.