兰溪市博物馆前身是兰溪县文化馆文物组。1976年10月成立兰溪县文物管理委员会。1985年撤县建市。1986年2月调整文物管理委员会成员，委员会下设办公室，地址设在市文化馆内。2011年3月兰溪市博物馆新馆正式对外开放。
2018年9月，经过博物馆自评申报，省级博物馆行业组织评定，全国博物馆评估委员会组织专家复核，并报请国家文物局备案，中国博物馆协会决定同意兰溪市博物馆为第三批国家三级博物馆。
1987年12月，兰溪币政府办公室102号报告单正式批准博物馆单独建制，人员列编定位，财务单独核算，为全额拨款事业单位，隶属市文化局。办公地点及库房位于人民南路4号。1991年底搬迁至兰溪西丹溪大道26号，借用市文化馆新馆公房，办公及库房面积近300平方米。兰溪市博物馆新馆座落于“三江汇云横，瀔水系中洲”的兰江之畔，建成于2011年，占地面积9.32亩，建筑风格为集地方传统文化元素和徽派建筑特征于一体的现代仿古建筑，功能用房分陈列展厅、文物库房、办公用房、安防中心、临展厅五大部分。具有独立法人资格，是以兰溪历史文化展示为主题的地方性综合博物馆，为金华市科普教育示范基地。
