东北烈士纪念馆最初作为东省特别区图书馆而修建，1928年6月1日动工修建，1931年上半年竣工。日本帝国主义武装侵占我国东北后，1933年被伪满洲国哈尔滨警察厅占用。从此，这里成为日本侵略者残酷镇压中国人民的罪恶场所，不计其数的为反抗日本侵略者而进行英勇斗争的共产党员和爱国志士在这里被关押、折磨致死。1946年哈尔滨解放后，为缅怀和纪念在东北抗日战争和解放战争初期牺牲的革命先烈，东北行政委员会决定在伪满洲国哈尔滨警察厅旧址基础上辟建东北烈士纪念馆，一直延用至今。建筑面积5040平方米，整体建筑由俄国建筑师日丹诺夫设计，为西欧古典主义为主的折中主义建筑风格。展厅面积2334.96平方米，可供1000人同时参观游览。2013年3月，伪满哈尔滨警察厅旧址被国务院公布为第七批全国重点文物保护单位。
东北烈士纪念馆于2005年8月15日推出两项基本陈列。《黑土英魂——东北抗日战争时期烈士事迹陈列》，站在世界反法西斯战争的高度，展示了在东北14年艰苦卓绝的抗日战争中，为中华民族的独立和解放英勇不屈、浴血奋战、前仆后继的抗日英烈的事迹。展出主要烈士164位，烈士名录712位，照片478张，图表10幅，景观8处，艺术品66件。展览分为民族危亡时刻、创建人民抗日武装、夜幕下的抗日斗争、东北抗日武装的脊梁和抗日战争的最后胜利五个部分。此基本陈列于2009年荣获第八届全国十大精品陈列评选精品奖。《伪满洲国哈尔滨警察厅罪恶及旧址复原陈列》，通过展示伪满哈尔滨警察厅在政治、经济、思想、文化等方面对哈尔滨地区人民的残暴统治，来揭露日本侵略者在政治上残酷镇压东北人民的反满抗日活动。展出照片224张，图表3幅，景观6处，办公室恢复8处。展览分魔网、罪恶、覆灭三个部分。
为充分发挥全国爱国主义教育示范基地作用，东北烈士纪念馆在基本陈列的基础上，多年来还配合时势与青少年教育的需要，通过自主制作展览、引进展览、合作办展等方式，推出专题展览300个。其中许多展览在观众中产生了强烈的反响，如：《阳光下的恶魔——侵华日军化学战罪行展览》、《红旗·热血·黑土——纪念中国共产党建党80周年》展览、为纪念毛泽东诞辰100周年举办《东方巨人毛泽东》大型临时展览、同中国革命军事博物馆联合举办《祖国在我心中》展览等。
截至2017年，东北烈士纪念馆有馆藏文物1.1万余件，其中国家一级文物82件，国家三级以上珍贵文物7000余件。藏品范围是东北近现代文物，其中以东北抗日时期、东北解放战争时期文物、史料为主。包括反映中国抗日战争第一次战役——江桥之战的珍贵文物；苏联红军出兵东北及反映二战最后一役的文物和珍贵影像资料；反映东北抗联斗争生活——军事斗争、密营生活、文化学习、群众支援等的实物资料；侵华日军的罪证实物等。最具代表性的有杨靖宇穿过的大衫、赵尚志用过的手枪、赵一曼写给宁儿的信、李兆麟牺牲时穿过的血衣等珍贵文物。
近年来，东北烈士纪念馆不断拓展文物搜集渠道，以抗联老同志及其家属为主要征集对象，以考古发掘及其他社会征集方式为辅，把文物征集工作扩展到侵华日军罪证实物上，取得了丰硕的成果。
自驾车指南：哈尔滨火车站--霁虹桥--一曼街。
公共交通：公交7、105、107、108、109至烈士馆。
民国十七年（1928年）6月，东北烈士纪念馆最初作为东省特别区区立图书馆动工修建，
民国二十年（1931年）上半年，东北烈士纪念馆竣工。民国二十年（1931年）下半年筹办图书馆启用之际，日本帝国主义悍然发动侵略中国东北的九一八事变，图书馆因而停办。
民国二十一年（1932年）2月5日，日军侵占哈尔滨，同年5月伪哈尔滨市政府筹备所占用此楼。
民国二十二年（1933年）3月，伪满洲国哈尔滨警察厅成立，同年9月13日，伪满洲国哈尔滨警察厅霸占此楼，并在大楼后修建监狱，关押抗日人员。
民国三十七年（1948年）至1951年为东北纪念馆创建时期。民国三十五年（1946年）哈尔滨解放后，经中共中央东北局、东北行政委员会批准，在伪满洲国哈尔滨警察厅旧址辟建东北烈士纪念馆。民国三十六年（1947年），东北烈士纪念馆边修楼房边筹备陈列内容。民国三十七年（1948年）10月10日，东北烈士纪念馆正式开馆。
1952年至1965年为初步探索时期。1951年增设讲解员，陆续培养报告员深入东北三省宣讲烈士事迹。1952年，为迎接亚太地区和平会议代表在闭会后到哈尔滨参观，陈列内容增加党领导东北人民革命斗争背景，展览将烈士与文物相结合。
1953年1月1日，周恩来总理亲临参谒视察，为烈士们敬献花篮并题写“革命先烈永垂不朽”题词。
1961年，为贯彻中央提出的地方革命史陈列“以全国为纲，突出地方”基本原则，烈士馆向中国革命类博物馆转型。
1966年至1976年为发展受滞时期。受“文革”影响，纪念馆事业遭受严重破坏，所有抗战时期历史资料被军事管制机构调出审查，机构建制被撤销，工作人员一律遣散。直至1972年4月，被遣散的工作人员和其他单位的人员被陆续分配到烈士馆重新工作。随后举办《黑龙江省阶级教育展》、《馆藏革命文物展》等展览。
1977年至1985年为改革发展时期。1977年恢复抗日战争时期东北烈士事迹陈列，展出73位抗日烈士。1979年7月，恢复解放战争时期东北烈士事迹陈列，展出207位烈士。从1980年至1986年增补60位烈士，增加少数民族烈士事迹。在此阶段正式成立文物征集保管部。研究工作深入开展，研究人员对东北地方党史、东北抗联史、东北解放战争史和烈士事迹进行系统实地踏查和口述资料采集、整理。
1986年至2000年为稳步前进时期。1986年7月，在原有展馆基础上修建黑龙江省革命博物馆，其成立也确立了开展爱国主义教育和革命传统教育的形式。1988年增加《伪满警察厅史实展》。1998年，伪满洲国哈尔滨警察厅旧址大楼进行全面维修。
2001年后为成熟发展、迎接挑战新时期。2005年8月，推出两个全新基本陈列《黑土英魂——抗日战争时期东北烈士事迹陈列》和《伪满洲国哈尔滨警察厅遗址及罪恶展》。2009年，黑龙江省革命博物馆更名为东北抗联博物馆。2012年10月29日，中共黑龙江历史纪念馆正式开馆，它是一座系统展示黑龙江省在革命、建设和改革时期党史发展的场馆。2015年8月，东北抗联博物馆面向社会开放。
东北烈士纪念馆有相对完善的学术研究机构,研究人员一直从事抗日战争、解放时期地方史研究。从1992年至今，研究人员还开展了对“日军二战时期要塞遗址”的研究，研究成果在国内处领先水平。曾参加省社会科学重点科研项目《黑龙江四十年》一书的编写工作，为中央有关部门编纂出版的全国烈士传、中共党史人物传、解放军烈士传和黑龙江省志人物志等撰写稿件。还完成了东北三省社科院合作科研课题《东北沦陷十四年史》的编辑工作，重新修订再版了《东北抗日联军第九军》、《东北抗日联军第三军》等专著。
1995年，东北纪念馆被国家文物局评选为“全国优秀爱国主义教育基地”。
1996年，东北纪念馆被国家六部委联合命名为百个“全国中小学生爱国主义教育基地”。
1997年，东北纪念馆被中宣部授予“全国爱国主义教育示范基地”称号。
2014年8月24日，东北烈士纪念馆被列入第一批国家级抗战纪念设施、遗址名录。
2017年1月，东北烈士纪念馆入选《全国红色旅游经典景区名录》。
2017年12月16日，东北烈士纪念馆成为第一批全国中小学生研学实践教育基地。
2021年6月，东北烈士纪念馆党委被评为黑龙江省先进基层党组织。
