Музей основан в 1897 году Орловской Ученой архивной комиссией. В послереволюционный период музей вобрал в себя часть фондов церковно-археологического и военного музеев, а также национализированные культурные ценности.
Экспозиция музея построена в 1985 г. — 1991 г. на основе современных методических и дизайнерских разработок этого периода. Работает экспозиция по новейшей истории края (1917 г. — 2000 г.).
Экспозиция музея посвящена страницам истории боевого прошлого Орловщины и охватывает период с древнейших времен до настоящего времени. Особое внимание уделено одному из ключевых событий в истории края, освобождению области от немецко-фашистских захватчиков во время Великой Отечественной войны.
Центральное место в экспозиции музея занимают две диорамы. Это монументальные произведения, принадлежащие кисти известного советского и российского живописца, народного художника СССР, лауреата Государственной премии СССР А. И. Курнакова. Первая из них посвящена эпизоду начала прорыва вражеской обороны 12 июля 1943 г. на рубеже реки Зуши у деревни Малое Измайлово Новосильского района. Другая, раскрывает детали сражения под Кромами 1919 г. в период Гражданской войны. Сюжетная композиция диорамы и сегодня с подлинной достоверностью воссоздает исторические события прошлого, показывает героизм и мужество советского солдата.
Система экспозиционных залов в специально перестроенном здании Военно-исторического музея представляет ряд значительных комплексов и редких коллекций. Среди них имеются образцы вооружения и воинской амуниции средневекового воина, образцы военных мундиров XIX в. В изобразительный ряд входят художественные работы: портрет первого петровского солдата Бухвостова, портретная галерея орловцев — участников Отечественной войны 1812 г. Значительный ряд подлинных документов, (например подлинные письма участника Русско-турецкой войны 1877 г. — 1878 г. генерала А. Н. Лаврова). Интересны подлинные фотографии и документы периода Русско-японской и Первой мировой войн.
