În urma constituirii în 25 iulie 1872 a Societății de Istorie și Arheologie din Banat, din initiativa lui Zsigmond Ormós s-au pus bazele Muzeului Banatului, acesta donând o mare parte a obiectelor din colecțiile personale noului muzeu. Primele obiecte de patrimoniu care au intrat în inventarul său au fost depozitate la început într-o încăpere din Palatul Episcopiei de Cenad. Obiectele muzeului au provenit din donații, descoperiri arheologice întâmplătoare și achiziții.
În anul 1876, cu sprijinul prefectului comitatului Timiș, Ormós Zsigmond Societatea de Istorie și Arheologie din Banat a primit două încăperi în Casa Wellaner, pe stada Lonovics, sediu al muzeului până în perioada interbelică.
Deschiderea oficială a Muzeului Banatului pentru public a avut loc în anul 1877. În această perioadă patrimoniul muzeului a sporit cu rapiditate.
În anul 1879 s-a înființat o Societate muzeală aparte, care urma să se ocupe în exclusivitate de activitatea Muzeului Banatului. Această nouă societate culturală s-a unificat în anul 1884 cu Societatea de Istorie și Arhelogie, luând ființă astfel Societatea Muzeală de Istorie și Arheologie.
Din anul 1887 clădirea Wellaner intră în reparații generale, lucrări care au durat mai mulți ani, patrimoniul Muzeului Banatului fiind adăpostit în tot acest timp în clădirea vechii prefecturi. În anul 1888 a fost terminată ridicarea Palatului muzeal (azi Biblioteca Academiei Române, filiala Timișoara), clădire care s-a dovedit de la început prea mică pentru a adăposti colecțiile Muzeului Banatului. În 1889 Muzeul Banatului a fost redeschis pentru public. La începutul ultimului deceniu al secolului XIX, muzeul avea următoarele colecții: de arheologie și istorie veche, pinacotecă, științele naturii, bibliotecă și arhivă. În 1892 s-a decis constituirea unei secții de artă decorativă. Anul 1893 a însemnat pentru secția de istorie momentul declanșării unor săpături arheologice de specialitate, ce au continuat de-a lungul deceniilor următoare.
În anul 1896 Muzeul Banatului a participat la expoziția universală de la Budapesta cu mai multe obiecte, câștigând o medalie de bronz și o diplomă de mulțumire.
O activitate importantă în vederea organizării muzeului au avut-o Szentkláray Jenő, Berkeszi István Pontelly István, Patzner István, Deschán Achill sau Kabdebó Gergely.
Odată cu integrarea Banatului în cadrul statului național român (1 decembrie 1918) Muzeul Banatului a intrat într-o nouă perioadă.
O activitate importantă în vederea reorganizării muzeului a avut-o Emanuil Ungureanu, care a deținut în anii interbelici funcția de inspector cultural al orașului Timișoara. Muzeul s-a confruntat în întreaga periodă interbelică cu lipsa spațiului. Cu toate aceste greutăți muzeul și-a sporit colecțiile, un rol important în bunul mers al instituției avându-l Joachim Miloia, Dionisie Linția, Aurel Ciupe, Marius Moga. Au fost cercetate bisericile de lemn din Banat, au avut loc săptămâni arheologice organizate științific (coordonate de către reputatul istoric Constantin Daicoviciu), s-au îmbogățit colecțiile de naturale și de artă prin intrarea în patrimoniul lor a unor piese foarte rare. În același timp Muzeul Banatului a participat la o serie de expoziții organizate în țară și în străinătate.
Cel de-al doilea război mondial a îngreunat bunul mers al Muzeului Banatului. Evacuate din cauza bombardamentelor, multe dintre piesele Muzeului Banatului au fost furate de către trupele sovietice aflate în Timișoara (după ce în primul război mondial patrimoniul muzeal a avut de suferit de pe urma ocupației militare sârbe și a autorităților maghiare).
În anul 1948 Muzeul Banatului a fost transferat în Castelul Huniazilor din Timișoara. După anul 1950 colecțiile muzeului s-au îmbogățit cu piese valoroase. O parte din acestea au fost depozitate în Biserica Mizericordienilor, dezafectată serviciului religios.
Până în 1 ianaurie 2006 Muzeul Banatului Timișoara cuprindea următoarele secții: Secția de Istorie, Secția de Științele Naturii, Secția de Artă, Secția de Etnografie, precum și Laboratorul Zonal de Restaurare – Conservare, constituind o instituție culturală de referință a Banatului. Din 01 ianuarie 2006 Secția de Artă devine instituție de sine stătătoare cu numele de “Muzeul de Artă Timișoara”, primul director al noii instituții fiind prof.univ.dr. Marcel Tolcea.
Din iulie 2006 Secția de Etnografie a fost transferată în cadrul Muzeului Satului Timișoara, ocazie cu care la direcția Muzeului Satului a fost numit reputatul etnolog Andrei Milin, fostul șef al secției de Etnografie.