Сахалинский областной краеведческий музей является одним из старейших научно-исследовательских и просветительных учреждений культуры Сахалинской области. За длительный период существования музей прошел трудный путь становления и развития, постепенно он стал играть заметную роль среди гуманитарных научных центров Дальнего Востока.
История музея во многом созвучна политической истории о. Сахалина ХХ века. Основы и традиции музейного дела на острове были заложены более 100 лет назад. Первый сахалинский музей был открыт в посту Александровском в 1896 году. Трудами немногочисленной интеллигенции, администрации сахалинской каторги в первом музее были собраны этнографические, археологические, геологические, ботанические, зоологические и другие коллекции. С первым сахалинским музеем связаны имена известных российских этнографов Л. Я. Штернберга, Б. О. Пилсудского, в те годы ссыльных и каторжан, и других видных деятелей, внесших посильный вклад в изучение природы и населения острова. Сейчас о первом сахалинском музее свидетельствуют только фотографии, хранящиеся в разных архивах, и материалы публикаций дореволюционного издания «Сахалинский календарь».
После подписания Портсмутского мирного договора, завершившего русско-японскую войну 1904−1905 годов, Россия уступила Японии юг Сахалина, и музейная деятельность стала вестись на обеих частях острова. В административном центре советского Северного Сахалина г. Александровске областной музей им. 15-летия Октябрьской революции открылся для посетителей в 1932 году. Он пополнялся новыми коллекциями по истории каторги и этнографии коренных народов.
В предвоенные годы в музее работал краевед А. Н. Рыжков, ставший позже известным сахалинским историком. На Южном Сахалине в японском губернаторстве Карафуто (1905−1945 гг.) также был основан музей. В административном центре г. Тоёхара для демонстрации коллекций по естественной истории острова японские власти построили новое здание музея в 1937 году на пожертвования населения. Здание музея губернаторства Карафуто выполнено в традиционном японском архитектурном стиле «тэйкан-дзукури» – «императорской короны». В нем экспонировались коллекции по этнографии коренных жителей Южного Сахалина, по палеонтологии, зоологии, ботанике и т. п. С музеем были связаны имена японских исследователей айноведа Тири Масихо, этнографа Ямамото Тосио, ботаника Сигедзо Сугавара и других. Коллектив публиковал научные сборники, статьи, книги.
Во времена японской оккупации (1905 и 1920−1925 гг.) при невыясненных обстоятельствах были безвозвратно утрачены ценнейшие коллекции по культуре аборигенов, палеонтологические образцы и другие экспонаты. Возможно, часть коллекций вывезена в Японию. После окончания II Мировой войны и освобождения Южного Сахалина и Курильских островов японский музей в г. Тоёхара был национализирован. Приказом начальника Южно-Сахалинского областного управления по гражданским делам Д. Крюкова от 11 мая 1946 г. в здании японского музея был открыт для обозрения Областной краеведческий музей, при этом некоторое время, до репатриации японских граждан, советские и японские сотрудники работали в нем вместе.
В 1947 году была образована Сахалинская область. Начался новый этап развития Сахалинского областного краеведческого музея (СОКМ). В собрании музея осталась храниться небольшая часть национализированных японских коллекций, но без информации. В 1953 году после закрытия Александровского городского музея все имеющиеся там коллекции передали на постоянное хранение в Сахалинский областной краеведческий музей. Таким образом, СОКМ стал преемником и хранителем всех сахалинских коллекций музеев, существовавших прежде в островном крае. В развитии музейного дела в Сахалинской области приоритетная роль всегда принадлежала краеведческому музею – научному, методическому и организационному центру. Сахалинский областной краеведческий музей явился родоначальником других музеев на территории Сахалинской области. Так, коллекции живописи и графики краеведческого музея стали основой коллекции Сахалинского областного художественного музея, а музей А. П. Чехова в г. Александровске-Сахалинском был создан при активном участии научных сотрудников Сахалинского областного краеведческого музея в начале 1990-х гг. В середине 1980-х годов начала складываться сеть филиалов СОКМ в районах области.
К началу 2000 года было семь филиалов в районных центрах: Охе, Ногликах, Поронайске, Курильске, Александровске-Сахалинском, Холмске, Южно-Курильске. В 2001 г. приказом начальника департамента образования, культуры и спорта были упразднены филиалы музея, они обрели статус муниципальных музеев. В основу деятельности музея положены профессионализм, принципы творческой инициативы, взаимопомощи. Благодаря этому музей за последние 20 лет преумножил свои коллекции более чем в 10 раз, стал крупным научным центром Дальнего Востока не только среди музеев региона, но и среди академических учреждений. Музей выпускает периодические издания и статьи, монографии и буклеты, другую научную продукцию, посвященную сахалинской и курильской тематике. Сахалинский областной краеведческий музей известен во многих странах мира. Научные сотрудники активно участвуют в международных научных проектах, конференциях, симпозиумах и экспедициях. Музей остается хранителем истории и культуры общества, хранителем первоисточников естественной истории Сахалина и Курил. Хранит свыше 200 тысяч предметов и коллекций по природе, истории и культурному наследию народов Российской Федерации. К редким коллекциям относятся старинные предметы традиционной культуры сахалинских аборигенов (айнов, уильта (ороков), нивхов) и палеонтологические коллекции. Палеонтологические коллекции, представляющие собой древнейшие останки китообразных, растений, моллюсков, живших в данном регионе десятки миллионов лет назад в палеозойской и мезозойской эре, являются свидетельством истории развития планеты Земля и населяющих ее организмов. Вся деятельность музея направлена на расширение знаний о Сахалинской области и доведение их до посетителей, для этого ведется научная работа, комплектование и сохранение музейного собрания. Ежегодно музей посещают около 70 тысяч жителей и гостей Сахалинской области.