博物馆创建于1958年8月，原址在江心屿。2003年，位于温州市府路世纪广场西侧的新馆落成，并于2004年1月12日正式对外开放。新馆占地面积约为35亩，建筑面积约2.6万平方米。设有历史馆、工艺馆、自然馆三个基本陈列馆，书画馆、陶瓷馆二个专题展览馆。另有临展馆，是展出各种临时展览的场所。馆藏文物4万余件，包括陶瓷器、青铜器、彩塑、砖雕、漆器、书画、文献、工艺品、革命文物等20多个门类，尤以陶瓷器、彩塑、书画、地方文献为特色。