湖北省博物馆筹备处于1953年成立，至今已70年。而往前追溯可至1928年，其间历史没有间断，那么，湖北省博物馆的历史则有95年。
一、湖北省博物馆前身
湖北省立公共科学实验馆全景
湖北省博物馆的前身可追溯至湖北省立公共科学实验馆。湖北省立公共科学实验馆是民国时期湖北省教育厅创设的一个重要教育辅助机构，主要为省立中等以上学校提供科学实验服务。1928年5月第一次全国教育会议召开后，为落实本次会议精神，湖北省教育厅向省政府提出，在武汉筹建省立公共科学实验馆，将其作为各校学生共同的科学实验基地，并获省政府同意。馆址位于今武昌解放路西侧蛇山南麓的原省立外国语专门学校旧址。1929年2月，湖北省教育厅派员筹办，同年9月正式建立，1930年夏正式开馆。
1949年5月，武汉解放，湖北省人民政府成立，委派中国人民解放军武汉市军事管制委员会军代表韩克华、文教部干部李振凡接收湖北省立科学馆，并改称湖北人民科学馆，随即着手进行文物调查、征集、保护及展览宣传等工作，李振凡历任副馆长、馆长。次年举办了《生物进化与社会发展史展览》，使刚刚获得解放的江城人民耳目一新，留下了难以忘怀的印象。1950年，湖北省人民政府设立湖北省文物管理委员会，属湖北省人民政府文教厅领导，唐醉石任主任委员，会址设在武昌解放路。
二、湖北省博物馆筹备处阶段
1953年1月，湖北省人民政府决定撤销湖北人民科学馆，依托该馆馆舍、设备、藏品等成立湖北省博物馆筹备处，时任湖北省文教厅文化处社会文化科科长的陈国钊兼任筹备处主任，原湖北人民科学馆馆长李振凡任副主任，共配备干部9人，办公地点在科学馆原址武昌水陆街。成立期间，一方面进行原科学馆器材的移交接收工作，一方面协助湖北省文物管理委员会将收藏的标本、文物加以整理，作为博物馆的部分陈列基础。
1953年4月，湖北省人民政府决定，湖北省人民政府文物管理委员会改称湖北省文物管理委员会与湖北省博物馆筹备处合署办公，统属于湖北省人民政府文化事业管理局领导。同年，湖北省文物管理委员会（包括湖北省博物馆筹筹备处）与隶属于湖北省委统战部的湖北省文史研究馆合并，改称湖北省文史研究会，隶属于湖北省人民政府办公厅。同年，湖北省人民政府决定恢复湖北省文物管理委员会，归属于湖北省文化事业管理局。
1956年1月，周恩来在《关于知识分子问题的报告》中指出：“为了实现向科学进军的计划，我们必须为发展科学准备一切必要的条件。在这里，具有首要意义的是使科学家得到必要的图书、档案资料、技术资料和其他工作条件。必须增加各个研究机关和高等学校的图书费并加以合理的使用，加强图书馆、档案馆、博物馆的工作。”为支持湖北省博物馆筹备处的建设，中央文化部拨付基建投资人民币10万元，并指示湖北省文化行政领导部门择址建馆。湖北省人民政府决定将这笔投资与省农业部门投资合并使用在武昌姚家岭新盖湖北省农业展览馆，以其三分之一给省博物馆筹备处使用。同年应东湖风景区管理处之请，经湖北省人民政府批准，湖北省博物馆筹备处迁至东湖。东湖管理处希望博物馆就此发展事业，并将一栋新落成的大楼无偿提供给湖北省博物馆筹备处长期使用。
1958年初，湖北省文物管理委员会与湖北省博物馆筹备处分开独立运行，并改称湖北省文物管理处。同年，省人民政府拨款22万元，在东湖扩建新的陈列展览大楼，建筑面积2000平方米，展览面积1600平方米。
1960年秋，湖北省博物馆陈列展览大楼落成，董必武亲自题写馆名“湖北省博物馆”。
湖北省博物馆陈列展览大楼（南-北）
董必武为湖北省博物馆题写的馆名
1960年10月，因缩短文教战线，精简机构，湖北省文物管理处再次与湖北省博物馆筹备处合并，并设立江陵工作站。
三、湖北省博物馆独立发展阶段
1963年1月，湖北省博物馆筹备处与湖北省文物管理处经湖北省文化局党委批准合并，正式更名为湖北省博物馆，首任馆长为陈国钊。更名后，湖北省博物馆将分散在姚家岭的人员和文物、物资迁至东湖馆舍。其时馆藏各类文物13万余件，馆舍总面积达到7000余平方米，成为全省文物及标本的主要收藏机构、宣传教育机构和科学研究机构。
1964年上半年，湖北省博物馆按照当年3月召开的“全国大型遗址保护座谈会”精神在荆州城西门外太晖观的将台中学内正式设立江陵考古工作站。
1965年春，湖北省人民政府决定恢复湖北省文物管理委员会，委任方壮猷教授为专职副主任委员，仍与湖北省博物馆合署办公。
1975年，湖北省博物馆文物考古队建立盘龙城考古工作站。
1976年，在纪南城内东南隅建设考古工作站，江陵考古工作站也因此更名为湖北省博物馆江陵纪南城考古工作站。
1979年，由湖北省博物馆部分工作人员筹组的湖北省文物商店成立，成为省文化厅直属事业单位。
1981年，辛亥革命武昌起义纪念馆从湖北省博物馆分离，成为独立的文博机构。
1983年12月29日，湖北省博物馆隆重庆祝建馆30周年，李先念、王任重等领导和国际友人路易艾黎题词，文化部文物局致电祝贺。湖北省顾问委员会、湖北省人大常委会、湖北省人民政府、湖北省委宣传部、湖北省文化厅和故宫博物院、文物出版社有关负责同志及省、市各界来宾百余人到会祝贺。
1987年，湖北省博物馆扩建工程作为湖北省“八五”期间重点项目获批并正式启动。同年12月12日，湖北省博物馆扩建工程设计方案专家论证会召开，经充分论证，专家认为湖北省博物馆总体布局要以建筑群体和有特色、有新意的建筑外形取胜，建筑外形要体现层台垒舍的楚国宫殿特色和古代楚国建筑的神韵，并奠定了湖北省博物馆三期建设的基础。
1988年7月，湖北省文物考古研究所成立，与湖北省博物馆合署办。
四、湖北省博物馆与湖北省文物考古研究所分开运行阶段
1989年4月，湖北省文物考古研究所与湖北省博物馆分开，成为省文化厅直属具有独立法人的事业单位，具备国家文物局考古发掘团体领队资格。同时，江陵纪南城考古工作站、盘龙城考古工作站隶属湖北省文物考古研究所。
1999年1月，湖北省博物馆一期工程即编钟馆建成开馆，该馆是为“国宝”——曾侯乙编钟量身定做的专题展馆，是一座集文物陈列和古乐器演奏于一体的“编钟馆”。高耸的台基，宽敞的屋檐，覆斗式的大坡面屋顶，体现出楚文化“一台一基”的建筑特色，而华美光洁的现代装饰墙体和黑色塑钢屋面又给人以鲜明的时代感。一期工程完成建筑面积6511平方米，其中编钟馆5717平方米（含地下一层文物库房1849平方米），包括曾侯乙墓展厅、编钟演奏厅及辅助用房；设备用房794平方米。总投资3000万元。同年12月，湖北省博物馆二期工程珍宝馆项目获湖北省计划委员会批准立项。
2001年6月，湖北省博物馆入选全国爱国主义教育示范基地。
2001年10月，国家计划委员会批复湖北省博物馆项目建议书，原则同意扩建，占地122亩，整体建筑群将形成一主两翼的品字形布局，扩建总建筑面积33962平方米，其中综合陈列馆建筑面积24008平方米，楚文化馆建筑面积4471平方米，文史资料馆建筑面积3600平方米，设备楼建筑面积980平方米，其它配套工程663平方米，总投资25200万元。
五、湖北省博物馆与湖北省文物考古研究所合署办公阶段
2002年10月，湖北省博物馆与湖北省文物考古研究所合署办公，对外两块牌子，对内一套班子。
2002年12月8日上午，湖北省博物馆二期工程楚文化馆正式破土动工，2003年4月底主体结构封顶；2003年12月28日，综合陈列馆正式开工。
2003年，成立湖北省文物保护中心，是从事文物保护科学技术研究与实践的专业机构，同时也是国家文物局重点科研基地“出土木漆器保护国家文物局重点科研基地”的依托单位。
2005年12月，楚文化馆建成开放，该展馆是以楚文化为主题的专题陈列馆。
2006年，湖北省博物馆的古建筑保护维修职能划归湖北省文化厅古建筑保护中心。同年，湖北省水下文化遗产保护中心成立。
2007年10月18日，湖北省博物馆二期工程楚文化馆、综合陈列馆建成并免费开放试运行；11月6日举行综合陈列馆落成典礼，当天正值第八届中国艺术节在湖北开幕，湖北省政府领导在开幕式上宣布湖北省博物馆向全社会永久免费开放。二期新馆建成后，湖北省博物馆占地面积81910平方米（123亩），建筑面积49611平方米，展厅面积1.2万平方米。建筑群坐南朝北，以居中的综合馆为核心，以左侧的楚文化馆、右侧的编钟馆为两翼，形成中国传统的“品字形”布局，中间是开阔的博物馆广场，前对双阙门楼构成的大门，高度体现了“中轴对称、一台一殿、多台成组、多组成群”的楚国高台建筑格局和“楚宫双阙对阳台”的建筑风貌。建筑荣获2008年度中国建设质量最高荣誉——鲁班奖及2009年度“辉煌60年武汉十大经典工程”。
湖北省博物馆二期新馆全景（北-南）
2008年5月，湖北省博物馆成为首批国家一级博物馆。
2009年2月，编钟馆改造工程立项。
2009年12月，湖北省博物馆成为中央和地方共建的国家级重点博物馆之一。
2010年，湖北省博物馆被评为“全省对外开放先进单位”。
2012年9月，中国博物馆协会乐器专业委员会成立，湖北省博物馆为主任委员单位。
2013年10月，湖北省博物馆所在的武汉东湖景区获批为5A级旅游景区。
2013年12月，作为湖北省“十二五”规划重点建设项目，湖北省博物馆三期扩建工程正式启动。工程新建文展大楼和观众服务中心、文物保护中心、文物研究中心，改建编钟馆和设备楼，改造综合馆和楚文化馆，完善配套设施等。
2015年8月，中国博物馆协会乐器专业委员会与中国艺术研究院音乐研究所、中国科学院自然科学史研究所三方联合发起并成立了乐器及其它音乐文化遗产研究平台“编钟研究院”。
2017年，湖北省文物考古研究所木兰湖考古整理基地建成。基地位于武汉市黄陂区木兰湖风景区，占地面积100亩，总建筑面积近1万平方米，包括文物整理展示中心、水下考古基地和科研中心。
2021年12月，经省委编办批准，整合湖北省文物考古研究所和湖北省水下文化遗产保护中心，组建湖北省文物考古研究院。
2021年12月20日，湖北省博物馆三期新馆建成并举行了隆重的开馆仪式。时任省委书记、省人大常委会主任应勇，省委副书记、省长王忠林，文化和旅游部副部长、国家文物局局长李群为新馆揭幕。应勇、李群为“湖北省文物考古研究院”揭牌。
建成后的湖北省博物馆总用地面积85080.04平方米（127.62亩），总建筑面积114694.66平方米，展厅面积36000平方米。建筑群极具鲜明时代风格和荆楚文化内涵，是武汉市一座光彩夺目的标志性建筑。其场馆按照南馆（文展大楼）、北馆（综合馆）以及东（楚文化馆）、西（编钟馆）两个独立展馆的格局进行总体布局，其中新建的南馆建筑风格以“鼎盛江城，楚韵基石”为核心构思，通过对“鼎”形体的提炼与概括，通过高台的处理抽象表达出“楚韵基石”超拔之美。
湖北省博物馆三期新馆全景（南-北）
2023年2月，湖北省博物馆与湖北省文物考古研究院分开独立运行。