Временем основания краеведческого музея в Осташкове можно считать 1889 г., когда при городском училище была собрана коллекция картин местных художников. В 1919 в Осташкове открывается художественно-исторический музей, его фонды, в которые попадает коллекция предшественника, пополняются разнообразными экспонатами, представляющими историческую и этнографическую ценность: изделиями из бронзы и фарфора, оружием, предметами мебели. В 1924 художественно-исторический музей становится краеведческим, а часть экспонатов вывозится в госфонды Твери. Несмотря на такие потери, даже в ту сложную эпоху Осташковский краеведческий музей смог сохранить большое количество уникальных произведений изобразительного искусства.
Современная экспозиция Осташковского музея краеведения демонстрирует посетителям традиции промыслов и ремёсел Селигерского края, а также знакомит их с историческими традициями Осташковщины.
К 1928 музей состоял из шести отделов: художественного, исторического, этнографического, экономического, сельскохозяйственного и отдела революции, а музейная коллекция насчитывала более 10 тыс. экспонатов. Работы по пополнению коллекции, а также выставочная деятельность Осташковского музея не прекращались вплоть до начала войны. В 1941 было решено закрыть музей, часть экспонатов эвакуировать, а часть складировать в Знаменском женском монастыре.
Не все эвакуированные экспонаты удалось вернуть, некоторые из них до сих пор считаются потерянными, однако в 2010 г. была найдена копия описи осташковских музейных ценностей, отправленных в Горький, поэтому остаётся надежда возвратить пропавшее домой.
В 1947 Осташковский музей вернулся к жизни и возобновил свою работу, посетители стройными рядами потянулись в эту обитель культуры, чтобы узнавать своё прошлое и гордиться настоящим.
1977 стал для краеведческого музея в Осташкове знаменательным, именно тогда под музейные экспонаты было отдано здание Троицкого собора — архитектурного памятника 17 века. Это событие позволило разметить множество коллекций из запасников, ведь выставочное пространство увеличилось на целую 1000 кв. м.
Современная экспозиция Осташковского музея краеведения демонстрирует посетителям традиции промыслов и ремёсел Селигерского края, а также знакомит их с историческими традициями Осташковщины. На выставочных стендах можно встретить археологические находки, относящиеся к каменному веку. Особую ценность представляет коллекция из 64 самоваров 19—20 веков, коллекция старинных прялок, а также обширное собрание произведений изобразительного искусства местных художников, относящихся к периоду от конца 18 века до наших дней.
В колокольне Троицкого собора, которая также открыта для посещения, размещается постоянная выставка «Осташковские колокольни и колокола», здесь представлены модели колоколен храмов и монастырей Тверской области.