A XIX. század utolsó évtizedében, a millennium előkészületeinek jegyében vetődött fel egy balatonvidéki múzeum létrehozásának gondolata.

Keszthelyen Csák Árpád szolgabíró és Lovassy Sándor akadémiai tanár voltak a múzeum ügyének legfőbb pártolói. 1897 júniusában alakult meg a Balatoni Múzeum-Egyesület, mely ténylegesen 1898. augusztustól, az alakuló közgyűléstől és az első letét felajánlásától számította fennállását.

Csák Árpád régészeti gyűjteményét a volt Gazdasági Tanintézet Fő téri épületének néhány bérelt helyiségében állították ki. Létrehozták a természettudományi osztályt, elkezdődött a könyvtári állomány gyarapítása, Sági János pedig a néprajzi gyűjtemény alapjait vetette meg.

A múzeumalapítók a pénzügyi források biztosítása érdekében rendszeresen fordultak a megyei, városi hatóságokhoz körlevelekkel, melyekben a múzeum és a gyűjtőmunka támogatására szólítottak fel. A szakosztályok fejlesztését az évente érkező államsegélyek tették lehetővé. Az anyagi feltételeknek köszönhetően Csák Árpád többek között Fenékpusztán, Alsópáhokon, a dobogói mezőn, Újmajorban és Balatonhídvégen folytathatott ásatásokat. A múzeum önálló telket is kapott a Kossuth u.-Balaton u. sarkán, s elkészültek az első épülettervek is (1905 ill.1907-ben).

1913-ban a régiségtár állománya 9485, a néprajzi táré 4254, a tájrajzi gyűjteményé 806, a természetrajzi gyűjteményé pedig 3528 darab volt. A könyvtár 3630 könyvvel rendelkezett. Az I. világháború alatt a gyarapodás csekély mértékű volt, a hadtörténet viszont ekkortól vált önálló részleggé.

Az 1920-as években végre sikerült fedél alá hozni a múzeumot. 1925-28 között épült fel az egykori hercegi telken a neobarokk épület, Györgyi Dénes tervei szerint. A belső munkálatok ugyan még az 1930-as évek végéig elhúzódtak, ennek ellenére 1935-ben a gyűjteményeket már beköltöztették a múzeum falai közé. Elsőként a természettudományi kiállítás nyílt meg, később a régészeti anyagot mutatták be.

A sümegi Darnay Múzeummal való egyesítés (1936) folytán jelentősen bővült az állomány, de az új szerzemények nem kerültek közönség elé. Napirenden volt ugyanis a megnövekedett múzeum államosítása: erre azonban csak 1949-ben került sor.

Most a II. világháború állta útját a további fejlesztéseknek. A múzeum igazgatója 1941-ben Dornyay Béla lett, s megkezdődött egy nagy komplex kiállítás szervezése, de a háborús viszonyoknak köszönhetően ez abba is maradt. A hadikórháznak csakúgy helyet kellett biztosítani, mint a sepsiszentgyörgyi Székely Nemzeti Múzeum ládáinak, melyeket a keszthelyi és a sümegi becsomagolt anyaggal együtt 1945 márciusában vonatra raktak, s a zalaegerszegi vasútállomáson bombatámadás semmisítette meg a pótolhatatlan értékeket szállító szerelvényt.

A kiürült múzeum hasznosítására különböző tervek születtek, de véglegesen csak az államosítás és az 1949-ben - még nagyrészt kölcsönzött tárgyakból létrehozott - állandó kiállítás szilárdította meg helyzetét. Ettől kezdve a múzeum újra fejlődésnek indult.

Csalog József (1949-1951) és Gaál Károly (1951-1956) irányítása alatt kezdődött el a szakleltárkönyvek vezetése és a háborús veszteség utáni gyűjtőmunka - mindahány szakágban. 1962-tól 1979-ig a Veszprém megyei múzeumi szervezet részeként, Sági Károly régész igazgatósága alatt (1956-1979) szakmuzeológusokkal bővült az alkalmazottak köre. Az 1967-ben megnyílt állandó kiállítás már a múzeum saját anyagára építhetett.

1979-ben, Keszthely Zala megyéhez való visszacsatolásával új korszak kezdődött. 1980-1986 között az épület műszaki korszerűsítése és felújítása zajlott le, 1986-tól 2008-ig pedig komplex kiállítás mutatta be a Balaton és környékének életét. A 2009 második felében nyíló új állandó kiállítás korszerűsített installációval, újszerű szemléletmóddal tárja a látogatók elé a Balaton jelenkori és régi világát  A számos, különböző profilú időszaki kiállítás sok látogatót vonz, a szakgyűjtemények gyarapodása pedig többségében folyamatosnak mondható; jelenleg az összállomány eléri a 380 000 darabot.