Η αρχαιολογική έρευνα στη Βοιωτία απέδωσε από νωρίς πλούσιους καρπούς και ήδη από τις αρχές του 20ού αιώνα σχηματίσθηκε στη Θήβα μικρή αρχαιολογική συλλογή. Το Αρχαιολογικό Μουσείο ιδρύθηκε το 1905 από τον Αντώνιο Κεραμόπουλλο και στεγάσθηκε σε διώροφο συγκρότημα, που οικοδομήθηκε σε φυσικό ύψωμα στο βόρειο άκρο της ιστορικής ακρόπολης της Καδμείας. Εκτός από τα γλυπτά των Θεσπιών και του Πτώου και άλλες αρχαιότητες από περισυλλογές ανά τη Βοιωτία, το μουσείο περιέλαβε τα ευρήματα από τις έρευνες του Α. Κεραμόπουλλου στο ανάκτορο του Κάδμου και πολλά άλλα από το Πολυάνδριο των Θεσπιών, από τα μυκηναϊκά και κλασικά νεκροταφεία της Θήβας, της Τανάγρας, της Ριτσώνας και από την προϊστορική Εύτρηση.

Το παλαιό, κορεσμένο ήδη μουσείο, αντικαταστάθηκε από νέο στην ίδια θέση, έργο ζωής του τότε Εφόρου Αρχαιοτήτων, Ι. Θρεψιάδη. Εγκαινιάσθηκε το 1962 και στέγασε αρκετά νέα ευρήματα και κυρίως τα γλυπτά από το ιερό της Αρτέμιδος στην Αυλίδα. Η έκθεση τροποποιήθηκε και εμπλουτίσθηκε στη δεκαετία του 1960, μετά τις σημαντικές ανασκαφές στην Καδμεία, ενώ τότε έγινε και η πρώτη έκθεση αρχαιοτήτων στον υπαίθριο χώρο του κήπου του μουσείου. Στα εκθέματα προστέθηκαν αρκετά αντιπροσωπευτικά ευρήματα από τις γερμανικές ανασκαφές στο Καβίρειο και από τις ανασκαφές της Θ΄ Εφορείας Προϊστορικών και Κλασικών Αρχαιοτήτων στη Θήβα, στον Ορχομενό και στην Τανάγρα. Τα ευρήματα από το μυκηναϊκό νεκροταφείο της Τανάγρας εκτέθηκαν σε ειδική αίθουσα, που άνοιξε για το κοινό το 1972.

Οι θεαματικές αρχαιολογικές ανακαλύψεις στο κέντρο της Καδμείας, στις μυκηναϊκές και κλασικές νεκροπόλεις της Θήβας, οι χιλιάδες τάφοι των νεκροταφείων του Ακραιφνίου, το πλήθος των σωστικών ανασκαφών και περισυλλογών σε οικισμούς, νεκροταφεία και ιερά στη λοιπή Βοιωτία και στην περιοχή της Λάρυμνας, κατέστησαν τα τελευταία χρόνια αναγκαία την επέκταση του μουσείου σε νέο κτήριο, στον απαλλοτριωμένο χώρο στα δυτικά του υψώματος. Παράλληλα, δημιουργήθηκε ζωτικός χώρος στάθμευσης στα ανατολικά της πλατείας Κεραμοπούλλου και του μεσαιωνικού πύργου.