Музей-заповедник основан в 2000 году по постановлению правительства Свердловской области. Он является наследником Верхотурского краеведческого музея, открытого в 1921 году, расформированного в середине 30-х годов и воссозданного в 1977 году. В состав фондов музея-заповедника вошли коллекции краеведческого музея и ряд объектов культурного наследия федерального и областного уровня.
Музей расположен в историческом центре города Верхотурья и включает в себя Верхотурский кремль на Троицком камне над рекой Турой и Дом для приема почетных гостей на левом берегу реки Калачик — притоке Туры.
Уникальность Верхотурского музея-заповедника в том, что он является единственным музеем в Свердловской области, который находится на территории каменного кремля XVIII века, которая является культурным, историческим, религиозным и общественным центром города. Ансамбль Верхотурского кремля включает в себя такие объекты культурного наследия конца XVII — начала ХХ века, как Свято-Троицкий собор, Государевы амбары, Дом воеводы, Приказные палаты, Уездное казначейство. Здесь же находятся археологические памятники и ряд восстановленных объектов — Поварня и Караульня, Кладовые палаты, Пороховой погреб, крепостные башни.
Общая площадь музея-заповедника — 3,4 га.
Ежегодно его посещают свыше 50 тыс. человек.
