در سال ۱۳۱۴ خورشیدی برحسب دستور وزارت معارف و اوقاف برای نگاهبانی از اشیاء نفیسِ آستانهی حضرت معصومه سلامالله علیها و به منظور استفاده ی عامه، بنائی به نام موزه در ضلع غربی صحن زنانه ساخته شد. محل موزه ی آستانه، ساختمانی به نام فرشخانه بوده است که بعد از اختصاص یافتن به موزه، تعمیرات مفصلی در خارج و داخل آن طبق دستور آندره گدار، معمار و باستان شناس فرانسوی، و سرپرستی ابوالقاسم، معمار شهرداری، انجامگرفت. همچنین، ساخت بنای سر درب موزه به عهده ی استاد حسن بنا بوده است. فعالیت این موزه تا سال ۱۳۵۳ ادامه یافت و از این سال تا سال ۱۳۶۱ به دلایل متعدد از جمله لزوم گسترش فضاى جانبى موزه و احداث ساختمان فعلی، فعالیت موزه متوقف شد.
موزه مجددا فعالیت خود را از فروردینماه ۱۳۶۱ در ساختمان جدید آغاز کرد که همچنان ادامه دارد. در سال ۱۳۷۱ شمسی، زیرزمین موزه به مساحت پانصد متر به فضای قبلی اضافه شد و مساحت موزه به یک هزار متر مربع افزایش یافت، اما به علت کثرت آثار، ساختمان فعلی موزه فاقد گنجایش لازم برای آثار موجود بود، این امر سبب شد که نیمی از آثار و نفایس موزه امکان نمایش نداشته باشد. مجموعه آثار موزه بیش از شش هزار قلم اثر تاریخی و هنری است؛ این گنجینه ارزشمند بیش از بیست بخش دارد. قدیمیترین بخش آثار، متعلق به هزارهی اول و دوم پیش از میلاد مسیح است. اما بخش اعظم آثار موزه متعلق به ادوار اسلامی است. مجموعه ی آثار موزه شامل بخشهای متنوعى ازجمله بخش قرآنهای خطى از قرن دوم تا دوره ی معاصر، کتابهای خطی (تاریخی، ادبی، اخلاقی)، مسکوکات ادوار اسلامى و پیش از اسلام، تابلوهاى نقاشى و شمایل مینیاتورى، تابلوهای نفیس خط و تذهیب، آثار خاتمکاری و منبتکاری، ظروف سفالینه متعلق به هزاره اول و دوم قبل از میلاد مسیح و ادوار اسلامى، ظروف چینى و شیشهای، کاشیهای زرینفام با طرحها و نقوش و کتیبههای زیبا مربوط به قرون ششم تا هشتم هجرى قمرى، آثار حجارى و سنگهای تزئینى، لوازم فلزى با تزئینات قلمزنی، قالیها و قالیچههای دستباف ابریشمى دوره صفوى و قاجار و پارچههای دستباف است. همچنین، انواع تمبر و اسکناسهای ایرانی و خارجی و مجموعه موجودات دریایی دیگر بخشهای آثار موزه را تشکیل میدهد.