Історичний музей регіонального масштабу розташований в центральній частині Стара-Загори. Його фонди налічують кілька тисяч найважливіших експонатів, а у вітринах музею зберігається різноманітна інформація про історію міста, краю і країни в цілому.

Відомо, що район Стара-Загори був заселений ще в глибоку давнину, про що свідчать експонати, розташовані в першому залі експозиції. Найбільш ранні з виявлених слідів людини вчені відносять до новокам'яного століття. Спеціальна карта вказує розташування селитебні курганів, кількість яких перевищує сотню. Всі вони були виявлені навколо Стара-Загори, а п'ять з таких курганів і зовсім знаходилися в межах міста. Експозиція також представляє знаряддя праці з кісток, рогів і кременю, керамічний посуд незвичайних форм і стародавні прикраси.

Період панування римлян також знайшов відображення у тематичній експозиції музею. Найбільш цікавим і унікальним історичним пам'ятником є залишки римського форуму Серпня Траяна. Від нього дійшли дві стіни – південна і західна, а також театрон, де проводилися загальноміські культурні заходи. У музеї цей період представлений склом, бронзовими лампами, статуями, прикрасами і монетами, виявленими під час розкопок.

Але цікаво також і те, що в ході будівництва нового музейного будинку, робочими був виявлений фрагмент центральної вулиці Кардо Максимус. Саме цією вулицею були пов'язані Північні та Південні ворота. Стародавня вулиця була відреставрована і консервирована фахівцями так, що сьогодні можна побачити цю вулицю на цокольному поверсі історичного музею прямо на місці оригінального розташування. Римська вулиця була шириною майже шість метрів, а по обидва боки були споруджені тротуари з каменю, що розширювало вулицю в цілому майже в два рази. Доступний для огляду фрагмент вулиці прикрашений саме так, як це було прийнято в стародавньому Римі – колонами, кам'яними рельєфами і статуями. На стіні видніється панно, що зображує продовження вулиці, відсилає до неіснуючих сьогодні Південних воріт.

В інших залах розташовані різні експонати, завдяки яким можна зрозуміти, як склалася доля міста в період зрілої античності, в Середньовіччі і в період національного Відродження.