Первым директором был назначен Николай Михайлович Рождественский, известный в городе педагог и краевед. Старооскольцы активно поддержали идею создания музея, и на безвозмездной основе в фонды стали поступать экспонаты. Приносили изделия традиционных для Староосколья ремесел, старинные книги, предметы быта, находки разных исторических эпох.
Самый сложный период в истории музея – это период Великой Отечественной войны. В годы оккупации городу был нанесен огромный ущерб. Пострадал и краеведческий музей: практически все коллекции были утрачены. Но сразу же после освобождения города было принято решение о возрождении Старооскольского краеведческого музея. 1 мая 1943 года директором музея был назначен Ефанов Александр Иванович, 16 мая для научной организации работы был приглашен старшим научным сотрудником Рождественский Николай Михайлович. К 20 апреля 1945 года было собрано 2400 экспонатов, и около 10 тысяч человек смогли посетить вновь открывшиеся экспозиции.
За десятилетия послевоенной истории музей пополнился тысячами новых экспонатов. Расширился штат научных сотрудников. С 1966 по 1995 годы музей находился на первом этаже жилого пятиэтажного дома по улице Ленина. В 1995 году, в соответствии с постановлением Главы местного самоуправления И.А. Гусарова, краеведческий музей был переведен в здание, являющиеся памятником истории и архитектуры – дом купца Лихушина.
Старооскольский краеведческий музей строит свою деятельность на сохранении, изучении и популяризации памятников истории, культуры, среды обитания человека. Основной целью является выявление и комплектование музейных коллекций, их хранение, изучение, публикация, осуществление просветительной и образовательной деятельности. Вместе с этим музей активно участвует в общественно-политической и социальной жизни города. Музейные фонды,насчитывающие более 40 тыс. экспонатов,позволяют достаточно полно отразить историю и культуру края с древнейших времен до настоящего времени, среду обитания человека.
Собранные коллекции размещены в 7 постоянно действующих экспозиционных залах. Активно ведется также выставочная деятельность.