Полтавський краєзнавчий музей розташований на місці садиби козака Павла Руденка, де 1872 року був побудований новий Будинок Полтавського губернського земства. В ньому працювало статистичне бюро, що видало 15 томів «Збірника про господарську статистику Полтавської губернії» та низку окремих наукових робіт з краєзнавства. Наприкінці XIX століття у цьому бюро працював майбутній російський письменник, лауреат Нобелівської премії з літератури Іван Бунін. Вивченням Полтавської губернії займався запрошений земством вчений-ґрунтознавець Василь Докучаєв. Під час експедицій 1888–1894 років ним була зібрана колекція ґрунтів і рослин, яка лягла в основу музейної колекції.

Не зважаючи на те, що під час другої світової війни будинок музею серйозно постраждав, в післявоєнний період архітектурний стиль, зовнішнє і внутрішнє оздоблення були відновлені в первісному вигляді і збереглися до наших днів.

В сорока музейних залах і фондосховищах Полтавського музею представлено близько 300 тисяч експонатів. Музейна експозиція ділиться на чотири основні розділи: природознавчий, стародавньої історії, нової історії, історії 20 століття. Кожен розділ має декілька експозиційних залів.