Музей открыт 29 декабря 1978 года в качестве культурно-просветительного отдела при Тамбовском областном доме санитарного просвещения (позднее — Тамбовский областной центр медицинской профилактики). С 1 января 2005 года ему присвоен статус филиала Тамбовского областного краеведческого музея.

Основной фонд музея насчитывает более 2,5 тысяч единиц хранения. Значительную часть коллекции составляет документальный фонд: печатные периодические и непериодические издания по вопросам медицины, монографии и научные труды крупнейших деятелей здравоохранения области, рукописи, личные документы и фотографии, а также редчайшие издания по медицинской тематике конца XVIII — начала XIX веков. Коллекция нумизматики включает в себя персональные государственные награды тамбовских врачей периода XX века, личные печати медиков XIX–XX веков. Музей обладает ценной коллекцией медицинского оборудования, инструментов и медикаментов XIX–XX веков. В изобразительном фонде значительную часть занимает живопись и графика работы известного тамбовского офтальмолога и первого эколога края К.Н. Кардо-Сысоева. В коллекции музея также находятся скульптурные портреты тамбовских врачей работы К.Я. Малофеева. Тематика музея охватывает историю медицины Тамбовского края с XVII века до наших дней, освещается развитие отдельных направлений медицины и лечебно-профилактических учреждений области. В музее представлены материалы о медиках — уроженцах тамбовского края, получивших мировую известность: Г.А. Рябов — член-корреспондент АМН; В.С. Савельев — академик АМН, лауреат Государственной премии; Б.Д. Комаров — профессор, доктор медицинских наук, член-корреспондент АМН, бывший директор НИИ им. Н.В. Склифосовского; С. С. Брюхоненко — изобретатель аппарата искусственного кровообращения.

В основном фонде музея — коллекции основоположника тамбовской хирургии, старшего врача губернской больницы, доктора Эдуарда Христиановича Икавитца и Святителя Луки (В.Ф. Войно-Ясенецкого) — хирурга, профессора медицины, архиепископа Тамбовского и Мичуринского (1944–46 гг.).

Особый интерес представляет коллекция учёного и изобретателя Александра Леонидовича Чижевского, создателю прибора «аэроионификатор», испытанного в птицесовхозе «Арженка» в г. Рассказове Тамбовского района в 1930-е годы. Профессор Чижевский является одним из основоположников космической биологии и медицины, аэроионологии и ее практического применения, создателем математической теории электродинамики крови. В музее представлены фотографии, документы, научные труды, личные вещи изобретателя. Здесь же имеется уникальный прибор, предназначенный для ионификации воздуха — «люстра Чижевского».