Музей находится в историческом центре Вологды в двухэтажном каменном здании бывшего Госбанка — объекте культурного наследия федерального значения середины XIX века. Это здание связано с именами двух известных в прошлом вологжан. Первым владельцем здания был Александр Васильевич Сорокин, выходец из удельных крестьян села Турундаева Вологодского уезда, наживший в купечестве немалый капитал. Александр Васильевич неоднократно избирался гласным Вологодской Городской Думы и два срока был городским головой Вологды. В 1859 году А. В. Сорокин продал дом подполковнику Николаю Петровичу Брянчанинову представителю известного в Вологодской губернии дворянского рода Брянчаниновых. Общая площадь здания составляет 1500 м². На реставрационные работы из областного бюджета только в 2008 году было выделено 56 миллионов рублей.
В 2008 году идея губернатора Вологодской области Вячеслава Позгалёва о создании в Вологде музея кружева была поддержана министерством культуры Российской Федерации, правительством Российской Федерации и президентом России Дмитрием Медведевым. Финансирование работ велось в рамках реализации ведомственной целевой программы «Наследие Вологодчины». Общая сумма затрат из областного бюджета на эти цели составила около 270 миллионов рублей. В 2010 году из федерального бюджета дополнительно были выделены 50 миллионов рублей в рамках реализации федеральной целевой программы «Культура России» на завершение работ по созданию экспозиции. Художественное проектирование музея осуществил вологодский художник-дизайнер, член Союза художников России Сергей Михайлович Иевлев.
Открытие Музея кружева состоялось 3 ноября 2010 года. На торжественной церемонии открытия присутствовали представители генеральных консульств Польши, Германии, Франции, Бельгии, Австрии, руководство министерства культуры РФ, губернатор Вологодской области Вячеслав Позгалев, глава города Вологды Евгений Шулепов, а также депутаты Законодательного собрания Вологодской области и Вологодской городской думы. С 5 ноября музей открыт для посещения и экскурсий.
