Первый музей в городе Грайвороне был создан при библиотеке им. А. С. Пушкина в 1909 году – к 200-летию победы русских войск в Полтавской битве. В 1928 году он был разгромлен толпой антирелигиозных активистов, бесценные экспонаты культового направления – древние рукописи, иконы, старинные книги – вандалы бросили в костёр и сожгли, уникальные предметы скифского периода растащили. То, что осталось, передали в Клуб сельской молодёжи.
    После Великой Отечественной войны в Грайворонской школе им. Энгельса был организован краеведческий музей и музей Грайворонского революционного полка, а в школе-интернате появился музей, рассказывающий о жизни и деятельности великого русского инженера, уроженца города Грайворона Владимира Григорьевича Шухова. Экспонаты, собранные в этих школьных музеях, и послужили основой для коллекции будущего районного краеведческого музея, который открылся для посетителей 7 августа 1996 года.
    В 2003 году в связи с аварийным состоянием здание музея было закрыто и до сегоднящнего дня музей размещается в подвальном помещении районного Дворца спорта. Текущую деятельность сотрудники музея осуществляют с использованием возможностей действующих временных выставок.