Формування археологічного музею почалося ще в 1870-ті роки. Робота Череповецького музею пов'язана з ім'ям і діяльністю археологічної Е. В. Барсова. З 80-х років минулого століття в музеї працюють професійні історики-археологи. В окремій будівлі археологічний музей розташовується з 1987 року (вулиця Червона, 1б). Фонди музею налічують 100 тисяч стародавніх предметів. Музей є частиною Череповецького музейного об'єднання. На виставках представлено понад 2000 предметів.

Археологи музею продовжують вивчення пам'яток археології Вологодського краю, співпрацюють з різними дослідницькими центрами всієї країни. За останні 20 років роботи співробітниками археологічного об'єднання під час розкопок було відкрито понад 400 археологічних пам'яток, детально вивчено понад 30 пам'яток періоду кам'яного віку і середньовічного періоду. За результатами цієї копіткої роботи були проведені дослідження, співробітниками були написані наукові статті. Музейний фонд поповнився цінними археологічними знахідками. У музеї діє постійна виставка під назвою «З глибини віків». Кожен рік у відділах Череповецького археологічного музею проходять звітні виставки, які називаються «Знахідки сезону».

Відвідувачі музею знайомляться з старожитностями Російської Півночі, дізнаються, яким чином люди купували різноманітні трудові навички – від примітивного збиральництва, рибальства, мисливства до обробки металу, складного процесу, який не зустрічається в природі. Особливість експозиції – наближення відвідувачів музею (особливо дітей) до сприйняття прийомів обробки каменю, металу, глини, дерева.

На базі Череповецького музею існують дві експедиції, які проводять розкопки. Одна з них займається вивченням історичних пам'яток у басейні Білого озера і річки Шексны. Ця експедиція також займалася дослідженням поселень і могильників на річках Шексна, Согожа, Суду, Андога. Друга археологічна експедиція займається дослідженням пам'яток первісного часу (пам'ятки Х-XIV століть). Ця експедиція провела дослідження більше десятка стоянок далекої епохи мезоліту, саме в цей час край почав заселятися людьми. Цією експедицією були досліджені поселення, які знаходяться на території Череповця – Соборна гірка, Жовтневий міст, Урывково.

Протягом декількох років експедицією археологічного музею розкопується унікальний історичний пам'ятник у Губернському водосховище – поселення Луковець (це давньоруський центр, який відомий вже з Х століття). Експедицію очолює Н.В. Косорукова – науковий співробітник Череповецького музею.

В місті Череповець зростає інтерес до роботи дослідників-археологів. Протягом тривалого часу на базі експедицій трудяться хлопці з шкільних таборів, школярі отримують перший досвід дослідницької роботи. Тут проходять практику студенти-історики. Співробітники музею проводять екскурсії і лекції для жителів міста Череповця, його гостей, організовує роботу факультативів і гуртків для учнів. Завідувач археологічного музею – кандидат історичних наук А. В. Кудряшов.

В даний час Череповецький археологічний музей – один з найвідоміших центрів по вивченню археологічних пам'яток у Росії. Цю популярність музей придбав завдяки працям співробітників-археологів, які беруть участь у наукових конференціях, публікують статті за результатами дослідницької роботи і співпрацюють з багатьма археологічними центрами.