Музей расположен в исторической части Тулы, в Заречье, на территори Оружейной слободы, колыбели Демидовского рода, близ церкви и колокольни Николы-Зарецкого, каменные здания которых возведены на средства Акинфия Демидова в 30-годы XVIII века.
Главная достопримечательность музея, это родовая усыпальница Демидовых, что в Николо-Зарецкой церкви, где похоронены представители первых поколений Демидовых, длительное время проживавших в Туле. Николо-Зарецкая или Демидовская церковь с родовой усыпальницей Демидовых, является уникальным историко-культурным объектом, памятником федерального значения. Территория, где расположен ансамбль Николо-Зарецкой церкви и Историко-мемориальный музей Демидовых, это уголок старой Тулы, который привлекает внимание не только ученых, краеведов, археологов, но и многочисленных туристов из других городов.
В экспозиционном зале представлены, уникальные предметы из археологических раскопок родовой усыпальницы Демидовых, подлинные образцы тульского оружейного производства XVI-XVII веков, медная посуда XVIII века работы уральских мастеров, предметы замочно-скобяного производства XVIII-XIX веков, миниатюрные фигурные замки конца XVIII векв. Особый интерес представляют памятники науки и техники I категории, часы солнечные универсальные начала XIX века, астролябия геодезическая. В музее представлены редкие изображения представителей династии Демидовых, в том числе современных потомков. Музеем реализуются интересные выставочные проекты. Один из последних, «Лауреаты Демидовских премий», о выдающихся деятелях российской науки, ставших в различные годы лауреатами премии, учрежденной П. Н. Демидовым. Особый интерес у посетителей вызвал новый выставочный проект «Знаменитые жены Демидовых». Музей впервые обратился к теме Женщины в судьбе Демидовых, которые являлись не только хранительницами семейного очага, но и вдохновляли своих мужей на великие свершения. Среди блистательных имён Матильда Бонапарт, Аврора Карловна Шернваль, Елизавета Строганова, Екатерина Лопухина и др. Связь Демидовых с Италией побудила создать целый цикл выставочных проектов по данной теме «Dolce Italia. Демидовы в Италии», «Итальянская ветвь рода Демидовых», выставка организована совместно с Центром российской культуры в Риме и др.
В рамках культурно-образовательной деятельности музей предлагает музейно-педагогические программы, включающие тематические интерактивные занятия для детей младшего и среднего школьного возраста. Занятия носят историко-краеведческий характер и сопровождаются демонстрацией подлинных музейных предметов, проходят в форме игры-викторины.
Программа «Тула — взгляд в прошлое», «Тула — город мастеров», «Сказ о том, как Никита Демидов с Петром I познакомился», «Старый тульский магазин на ул. Демидовской», «В гостях у тульского гимназиста» и др. По программе «Народная культура — детям» проводятся занятия по истории филимоновской игрушки, народного костюма, мастер-классы по изготовлению традиционных тряпичных кукол.
