Восточный флигель главного заводоуправления, в котором располагается историко-краеведческий музей, является памятником архитектуры федерального значения. Двухэтажное здание в стиле позднего классицизма построено в 1829–1830 годах по проекту выдающегося уральского архитектора А. З. Комарова окружным архитектором А. П. Чеботаревым. В 1874–1887 годах частичную реконструкцию здания осуществлял архитектор К. А. Луценко. Во флигеле размещались архив демидовского заводоуправления, первая в Нижнем Тагиле библиотека, лаборатория, а некоторое время — Музеум естественной истории и древностей, созданный П. Н. Демидовым в 1841 году. С 1928 года по настоящее время здесь располагается краеведческий музей.
Краеведческий музей был возрожден в 1924 году, его директором стал А. Н. Словцов, преподаватель горно-металлургического техникума. Музейными сотрудниками того времени была проделана огромная работа по сбору и систематизации экспонатов как бывшего горнозаводского музеума, так и новых артефактов. Последующие поколения музейщиков также внесли немалый вклад в изучение истории края и комплектование коллекций, ставших базой для построения новых музеев в рамках музея-заповедника, созданного в 1987 году.
Историко-краеведческий музей — прямой продолжатель Музеума естественной истории и Горнозаводского музеума, его экспозиции украшают фамильные портреты Демидовых работы известнейших российских и западноевропейских художников, знаменитые демидовские раритеты и рекламная продукция Тагильских заводов XIX века. Кроме этого, экспозиция демонстрирует древнее заселение края — уникальные деревянные предметы с Горбуновского торфяника возрастом до пяти тысяч лет, а также рассказывает об освоении Урала русским населением в XVI–XVII веках.
Действующая экспозиция создана в 1992 году и освещает все важные вехи развития края с древнейших времен до 1917 года.
Второй этаж здания используется для сменных выставок.
