Уже в первые годы Советской власти рабочие, солдаты, крестьяне, интеллигенция, учащаяся молодежь стремились больше узнать о духовных ценностях нашего народа. В некоторых школах Павловска стали создавать музеи. Павловская газета «Наша деревня» в № 35 от 15 апреля 1923 года писала: «4 апреля 1923 года закончены работы по устройству школьного музея имени Г. Д. Нестерова при школе второй ступени г.Павловска. Экспонировались картины (полотна) этого художника и его учеников».
В № 163 этой же газеты от 23 декабря 1923 года сообщалось, что в Павловске организован кружок по изучению природных богатств Павловского края. В частности, сообщалось, что 11 декабря 1923 года в клубе имени Ленина был заслушан доклад профессора Раменского: «О задачах Кружка по изучению местного края».
И, наконец, к празднику 1 Мая 1924 года при клубе имени Ленина в Павловске был открыт краеведческий музей. Как указано в статье в книге № 2 «Народное хозяйство Центрально-Черноземных областей за 1925 год», этот музей поставил своей целью «всестороннее отражение природы местного края, народно-хозяйственной жизни, истории и археологии края». Соответственно с этим музей имел три главных отдела: природы местного края, хозяйства и экономики края, истории и археологии края. Всех экспонатов в музее насчитывалось 553. В это время музей не имел собственного бюджета, существовал и обслуживался добровольным трудом членов кружка краеведения.
Разговор о создании музея в Павловске шёл давно. Созданный в 60-е годы краеведческий музей при Павловском педучилище по инициативе преподавателя Ереминой Е.М. имел богатый краеведческий материал, но все же он не мог полностью отображать историческое прошлое и настоящее Павловского района. В 1975 году первый секретарь РК партии O.K. Застрожный выступил с идеей создания в городе, имеющем глубокие исторические и культурные корни, учреждения, занимающегося сбором, хранением и выставкой для обозрения художественных произведений, научных коллекций, других предметов, представляющих исторический интерес. Вплотную к воплощению этой идеи в жизнь руководители района подошли в мае 1977 года, и инициатива создания в городе историко-краеведческого музея принадлежит секретарю РК партии В.П. Стукалову.
Под историко-краеведческий музей был отведен второй этаж лучшего в архитектурном плане здания Павловска- дома городского головы купца Ивана Михайловича Одинцова.
У истоков создания музея стояли стояли местные краеведы И.Г.Ампилов, Т.Н. Конюшенко, Н.Н.Зубащенко, А.М.Клименко, художники В.И. Животягин, Н. М. Баранов, В.Н.Шатыркин.
Семь залов занимали экспозиции по темам: промышленность, сельское хозяйство, интернациональная дружба, медицина, образование, культура, Великая Отечественная война, первые шаги Советской власти, природа и история нашего края. Многими находками, интересным, композиционным решением отличался зал «Первые шаги Советской власти». Энтузиастам удалось найти немало редких фотографий и документов первых лет Советской власти, периода коллективизации и предвоенной поры.
Официальной датой образования и открытия музея считается 5 ноября 1977 года.
Первым директором музея был назначен Аким Макарович Клименко. С 1978 года музей возглавляла Любовь Михайловна Чурсина, одна из первых сотрудников музея, который вначале по документам проходил как автоклуб. Чурсина Л.М. собрала огромное количество экспонатов для краеведческого музея (до 15 тыс.) и смогла привлечь к процессу пополнения фондов музея своих бывших однокурсников из Воронежского университета. Заведующий кафедрой археологии ВГПИ Арсен Тигранович Синюк подарил музею украшения — серьги, кольца, подвески из серебра и меди, найденные его студентами при раскопках скифского Елизаветовского кургана, глиняную посуду. Свою лепту в формирование и расширение запасников музея экспонатами внесли и учащиеся школ г. Павловска, посещавшие при музее краеведческий кружок. Вместе с директором музея они путешествовали по селам района, где старожилы безвозмездно дарили им самовары, старинные иконы, домашнюю утварь, утюги, сундуки, прялки, фронтовые письма, награды участников Великой Отечественной войны. Юные краеведы тщательно записывали данные ветеранов, их воспоминания. Так создавался музейный архив.
Приезжающие в Павловск делегации, экскурсионные группы, ценители и почитатели старины также вносили свой вклад в расширение и обновление музейных коллекций: дарили сувениры, хрустальные вазы, вышитые вручную ковры с изображением политических деятелей зарубежных стран, старинное оружие, сабли. Местный коллекционер Кауль подарил музею шпагу с ажурным эфесом, с письменами готической вязи по стальному желобу. Пополнялся фонд находками с археологических раскопок. Из Павловского ГОКа были переданы череп и кости шерстистого носорога, бедренная кость мамонта, геологические находки.
Под началом директора Чурсиной на базе музея были разработаны туристические маршруты в Белогорский монастырь, на Осетровский плацдарм, на Тахтарку, к Студеному колодцу. Проводились экскурсии к мемориальному комплексу, «Архитектурные памятники города», «Учебные заведения Павловска», обзорные по городу.
В 1991 году музею был присвоен статус государственного историко-краеведческого. Свой 20-летний юбилей музей отметил не в родном помещении: в середине 80-х годов он был переведён из красивого архитектурного, отвечающего необходимым требованиям и имеющего эстетический вид здания в центре города, на окраину, в помещение бывшего садика по ул. Набережной.
Более десяти лет во главе коллектива музея стояла Вера Николаевна Калинина, внесшая большой вклад в укрепление его материальной базы, пополнения фонда экспонатами. Расширившийся штат музея — новые сотрудники — кропотливо собирали по крупицам материалы, свидетельствующие о том или ином событии в городе и районе, интересные и замечательные факты из жизни горожан, готовили экспозиции, отображающие вехи истории Павловского района, систематизировали и классифицировали экспонаты, увеличившиеся до 18 тысяч экземпляров. В музее открылся методический отдел. На базе музея стали проводиться заседания краеведческого общества им. Е.Болховитинова, литературного объединения «Донские родники», творческого клуба «Автограф».
С 2004 года музей был возвращен в дом купца Одинцова.
Собрания Павловского краеведческого музея включают все виды музейных коллекций — художественные, естественнонаучные, археологические, нумизматические, этнографические, документов, оружия, предметов быта.
Сегодня музей живёт активной творческой жизнью.
Павловский краеведческий музей по праву считается центром культурной и духовной жизни города.