Początki muzeum to dwa niewielkie pomieszczenia w kamienicy i skromne zbiory stanowiące dary mieszkańców lub przejęte depozyty rzemieślnicze. Był to 1927 rok. Ówcześni zwiedzający mogli oglądać głównie historyczne dokumenty miejskie oraz przedmioty z dziejów miasta, np. herb „Leliwa”, miecze z XVI wieku, monety i pieczęcie, czy kilkaset książek. W czasie wojny udało się je przenieść i dzięki temu przetrwały nienaruszone.

Do 1950 roku jedyną siedzibą Muzeum był Ratusz, lecz dziś ma ono aż jedenaście oddziałów, nie tylko w Tarnowie, lecz w całym regionie. W mieście mieści się sześć z nich:

Muzeum Historii Tarnowa i Regionu to oddział mieszczący się w zabytkowych kamienicach z renesansowymi podcieniami. Podążając za ścieżką z taśmy melodii kataryniarza turysta odkrywa ciekawą historię miasta.

Ratusz – Galeria Sztuki Dawnej mieści się w centralnej części Rynku. Ekspozycja prezentowana jest w sześciu tematycznych salach i zatytułowana jest „W kontuszu i przy szabli”. Prezentuje ona kulturę sarmacką i związane z nią militaria, przedmioty codziennego użytku oraz specyficzną dla tych czasów sztukę portretową.

Muzeum Etnograficzne to oddział muzeum mający siedzibę w zabytkowym dworku podmiejskim z ogrodem i spichlerzem. Oddział mieści się tam od 1984 roku i obecnie liczy około 5 tysięcy eksponatów. Oprócz wystawy poświęconej kulturze regionu tarnowskiego jest tam też najstarsza na świecie wystawa stała dotycząca kultury Romskiej, powstała w 1990 roku. Na dziedzińcu muzeum znajduje się też sezonowa wystawa plenerowa „Tabor”. Oprócz wystaw stałych w filii organizowane są wystawy czasowe o różnej tematyce, często związane z etnografią, ruchami społecznymi, czy działalnością artystyczną.

Galeria „Panorama” to wystawa stała mieszcząca się w budynku dworca kolejowego, a dotycząca „Panoramy Siedmiogradzkiej” Jana Styki. Dzieło zostało zamówione na 50. rocznicę węgierskiego powstania przeciwko Austriakom. Była ona wystawiana w kilku miastach europejskich, lecz potem zainteresowanie spadło i autor pociął panoramę na mniejsze kawałki w celach komercyjnych. Obecnie muzeum posiada 22 z 41 odnalezionych fragmentów.

Regionalne Centrum Edukacji o Pamięci znajduje się w dawnym budynku koszar wojskowych. Filia ta powstała na gruncie dawnej Izby Pamięci Światowego Związku Żołnierzy Armii Krajowej. Pomysłodawcą instytucji jest gen. bryg. Zdzisław Baszak, który był żołnierzem 16. Pułku Piechoty. Jednostka ta stacjonowała w okresie międzywojennym w tym budynku. W tym oddziale można oglądać pamiątki i militaria związane z tarnowskim środowiskiem żołnierskim.

Siedziba Muzeum znajduje się w jednej z kamienic przy Rynku. Na parterze oraz w piwnicach mieszczą się sale przeznaczone do wystaw czasowych.

Poza granicami miasta znajdują się oddziały:

Muzeum Zamek w Dębnie to jedyny w Małopolsce przykład architektury rezydencjonalnej możnowładczej. Jego budowa trwała od 1470 do 1480 roku. Ta późnogotycka perła architektury przetrwała prawie niezmieniona do czasów obecnych. Budynek modyfikowano tylko dwukrotnie: najpierw przeprowadzono renesansową renowację, a potem dodano elementy barokowe. Podczas powstania listopadowego ukrywali się tu powstańcy. Ostatni właściciel opuścił zamek w 1939 roku. W 1977 roku otwarto pierwszą ekspozycję historycznych wnętrz zamkowych.

Muzeum Wincentego Witosa w Wierzchosławicach składa się z dwóch części: „Starej Zagrody”, czyli domu rodzinnego Wincentego Witosa oraz „Nowej Zagrody”, czyli gospodarstwa Wincentego Witosa składającego się z pięciu budynków wybudowanych w latach 1905-1913.  

Zagroda Felicji Curyłowej w Zalipiu to bogato zdobiona chata propagatorki barwnego, zalipiańskiego malowania chat artystki Felicji Curyło (1903-1974). Obiekt wygląda identycznie jak za życia malarki. Zwiedzający mogą podziwiać jej piękne zdobienia na ścianach, piecu i powałach, a także wykonane przez nią ozdoby z papieru.  

Muzeum Pamiątek po Janie Matejce „Koryznówka” w Nowym Wiśniczu to drewniany dwór z połowy XIX wieku. Swój autentyzm zawdzięcza rodzinie Serafińskich, która gospodarzy we dworze od początku istnienia posiadłości. Jan Matejko spędził tu czas narzeczeństwa i często przybywał do właściciela dworu, Leonarda Serafińskiego, który był jego przyjacielem. Artysta lubił okolice „Koryznówki” i pozostawił wiele szkiców zabudowy Nowego Wiśnicza oraz karykatur. Podczas II wojny światowej dwór należał do sieci konspiracyjnej i udzielał schronienia ukrywającym się osobom. To tutaj po brawurowej ucieczce trafił rotmistrz Witold Pilecki. Dwór został udostępniony zwiedzającym w 1981 roku.

Muzeum Dwór w Dołędze to drewniany, szlachecki dwór z 1848 roku. Na przełomie XIX i XX wieku bywali tu między innymi Adam Asnyk, Stanisław Wyspiański, czy Lucjan Rydel. Dwór przekazała na obiekt muzealny ostatnia właścicielka Jadwiga Wolska-Tumidajska w latach 70. XX wieku. Obecnie, wnętrza muzeum zaaranżowane są na połowę XIX wieku.