Музей основан в 1912 году директором Вытегорского реального училища Георгием Александровичем Сергеевым. Он был страстным охотником и постепенно начал использовать свои охотничьи трофеи в качестве учебных пособий, так сформировался небольшой музей при естественнонаучном кабинете. Серьезное участие в развитии музея принял инженер Вытегорского округа путей сообщения Леонард Францевич Винницкий. Вместе с женой Ольгой Петровной они собрали и передали в дар музею коллекции насекомых, птичьих яиц, охотничьи трофеи.
Изначально это был отдел природы, а сейчас экспозиция музея разделена на 4 отдела: общая характеристика района, отдел природы, отдел археологии и отдел истории.
Раньше музей располагался в здании Сретенской церкви на Красной горке, но в 2008 здание храма было передано священнослужителям, а музей перенесен в здание многоквартирного дома.
