Решение о создании в городе Саров краеведческого музея было принято в 1956 году. Первоначально музей разместился в здании, где сейчас расположен лесхоз. И хотя это здание ни по своей планировке, ни по размерам не было приспособлено к музейной работе, в нем все же удалось оформить небольшую экспозицию «Животный мир нашего края».
Вскоре была создана новая экспозиция «История развития жизни на Земле». Она особенно нравилась детям, и поэтому уже в наши дни сотрудники музея долго не решались ее реконструировать.
Не одно поколение горожан помнит крошечные фигурки первобытных людей и реликтовых животных, находящиеся за толстыми стеклами наполненных водой линз. Постепенно при музее образовалась группа энтузиастов-краеведов. Начались поездки по окрестностям, а также в Арзамас и Горький в поисках экспонатов, отражающих историю города. В одной из таких поездок была приобретена уникальная рукописная карта Саровской лесной дачи, относящаяся к 1867 году. Когда в 1967 году музею было предоставлено помещение бывшего кинотеатра «Москва», началась работа по созданию исторических разделов экспозиции. В фойе бывшего кинотеатра, превращенном в выставочный зал, состоялась первая выставка произведений горьковских художников. Главное направление в работе музея, сохранение и использование историко-культурного наследия города, памятников культуры и истории, ландшафтных территорий внутри и вне городских структур, а также развитие культурных и художественных традиций местного населения и популяризация различных народных промыслов и ремесел. Уже через 10 лет основной фонд музея увеличился на 5 тысяч единиц хранения, сформировано более десяти коллекций основного фонда, археологическая, этнографическая, нумизматическая, естесственно-научная, живописи, графики, декоративно-прикладного искусства и другие.
В 1994 году в музее существовало 5 экспозиций, «Деревенский быт», «Ветераны войны — жители города», «Участники гражданской войны — жители города», «Животный мир края», «Происхождение жизни на Земле». В результате поисковой работы научных сотрудников музея в 1997 году были созданы новые экспозиции, «История Саровского монастыря», «Крестьянский быт конца XIX века – начала XX века», «Городской быт рубежа веков», «Город в годы войны». В 1998-1999 годах к ним добавились экспозиции «Так начинался город», «Их имена в названии улиц», «Почетные граждане города», «Конверсия градообразующих предприятий», где было использовано более 200 документов, фотографий из личных архивов ученых, живших в городе, и рассекреченных архивов Ядерного центра. В 2000 году были оформлены экспозиции «Животный мир Нижегородского края» и «Многообразие животного мира планеты» самые посещаемые школьниками города, а в 2001 году археологическая экспозиция «Средневековое Саровское городище». В 2003 году были созданы еще три экспозиции, «Пребывание Николая II в Сарове в 1903 году», «Вещее слово старца Серафима» и «Город в 1953 году». В 2004 году к юбилею города, была подготовлена фотодокументальная выставка «Город нашей судьбы». Большой интерес представляет музейная коллекция скульптурных антропологических реконструкций знаменитого скульптора-антрополога академика М. М.Герасимова, подаренная музею. 5 уникальных экспонатов представляющих собой подлинную реконструкцию облика первобытных людей по их черепу. Наиболее активно пополняется предметами музейного значения этнографическая коллекция. В музее можно увидеть образцы мордовской и нижегородской народной одежды, её эстетические достоинства, пластические возможности, богатство вышивки, ткачество, плетение из бисера. Постоянно пополняются также фонд документальных материалов по истории города, коллекция живописи городских и нижегородских художников. В настоящее время в музее проводятся экскурсии по 40 темам основной экспозиции. Ежегодно в выставочном зале городского музея на улице Юности открывается выставка «Художники Сарова». На выставке горожане могут полюбоваться картинами, выполненными маслом и пастелью, акварельными работами, изделиями декоративно-прикладного творчества, батик, керамика, вышивка, кружева, скульптуры из дерева и гипса.
