Īsa vēsture Cēsu muzejs ir dibināts un veidojies laikā starpkaru periodā, kad Latvijas kultūras mantojuma apzināšanas un aizsardzības sistēma atradās veidošanās procesā. Šo jomu sākotnēji uzņēmās pārzināt 1922. gadā dibinātā Latviešu senatnes pētniecības biedrība (LSPB), bet no 1923. gada pie Izglītības ministrijas dibinātā Pieminekļu valde, organizējot etnogrāfiskās un arheoloģiskās ekspedīcijas, kā arī vairāku likvidēto vācbaltiešu kultūras biedrību vērtīgo kolekciju uzskaiti un saglābšanu. Muzeji, kuru dibināšanu Latvijas novados rosināja un atbalstīja Pieminekļu valde, kļuva par šo kultūrvēsturisko vērtību glabātājiem. Cēsu muzeju dibināja LSPB Cēsu nodaļa. 1925. gada 29. maijā; jaunatvērto muzeju iesvētīja mācītājs Jānis Sanders. Muzeja dibinātāju kodolu veidoja Cēsu skolotāji, un par tā pirmo pārzini ievēlēja LSPB Cēsu nodaļas priekšsēdētāju, Cēsu Bērzaines Valsts vidusskolas dabaszinību skolotāju Kārli Ašmani. Muzeja konservatora jeb rīkotāja uzdevumi tika uzticēti Latvijas mākslas akadēmijas studentam Vilim Eicēnam, bet rakstveža pienākumi – skolotājam Aleksandram Bitem.
Vairāk nekā desmit gadus muzejs darbojās galvenokārt uz tā dibinātāju, kuri nebija vēstures speciālisti, entuziasma pamatiem. Sākotnēji muzeja veidotāji galveno uzmanību pievērsa arheoloģijas un etnogrāfijas priekšmetu vākšanai. Cēsu muzejā bija savākta arī bagātīga Pirmā pasaules kara un Latvijas Neatkarības kara ieroču, fotogrāfiju un dokumentu kolekcija. Ar muzeja pārziņa K. Ašmaņa iniciatīvu, 20. gs. 30. gadu sākumā muzejā sāka vākt materiālus un veidot ekspozīciju par Latvija karoga vēsturi. Pirmajos darbības gados muzejā bija arī bibliogrāfijas nodaļa, tādējādi liekot pamatus vēlākajām muzeja bibliotēkas grāmatu kolekcijām.
1925. gadā, likvidējoties 1909. gadā dibinātajai vācbaltiešu biedrībai “Cēsu Dzimtenes pētīšanas biedrības” (Museum des Gesellschaft für Heimatkunde Wenden), daļa tās muzeja priekšmetu nonāca jaundibinātā Cēsu Vēsturiskajā muzejā, bet lielākā biedrības kolekciju daļa tika nodota Latvijas Valsts bibliotēkai (mūsdienās Latvijas Nacionālajai bibliotēkai) Rīgā.
Muzeja atklāšanas laikā iepriekš savāktie eksponāti apskatei tika novietoti Cēsu pilsētas valdes telpās Rīgas ielā 7, bet drīz pēc muzeja oficiālās nodibināšanas telpas tika ierādītas Cēsu vecpilsētas divos namos – sākotnēji bijušajā Annas skolas koka ēkā, Lielā Kalēju ielā 4 (celta pirms 1773. gada, līdz mūsdienām ēka nav saglabājusies), bet no 1929. gada – blakus esošajā, 1909. gadā celtajā, divstāvu mūra ēkā Mazā Kalēju ielā 1.
1937. gadā muzejs pārgāja Pieminekļu valdes uzraudzībā un kļuva par Valsts Vēsturiskā muzeja Cēsu nodaļu. Būtisku pienesumu muzeja ekspozīciju veidošanā, eksponātu krāšanas darbā un to zinātniskā apstrādē deva profesionāla arhitekta un kultūras mantojuma saglabāšanas speciālista Ksavera Andermaņa iecelšana muzeja direktora jeb pārziņa amatā 1937. gada 1. maijā. Tā paša gada 17. augustā Cēsis tika iekļautas vērienīga pasākuma programmā, kad ar Cēsīm un pilsētas kultūrvēsturiskajiem objektiem iepazinās ap 250 I Baltijas vēsturnieku kongresa delegāti. Jaunajā muzeja ekspozīcijā kongresa dalībniekus uzņēma muzeja direktors un ekspozīcijas autors K. Andermanis. Direktora K. Andermaņa laikā Cēsu muzejs tika papildināts ar daudziem nozīmīgiem eksponātiem, tika arī aizsākts materiālu komplektēšanas darbs, rīkojot muzeja ekspedīcijas.
Pēc pirmās padomju okupācijas 1940. gada vasarā direktora amatā formāli tika atstāts K. Andermanis. Muzeja darbā tika piesaistīti divi līdzstrādnieki, kuri baudīja okupācijas varas iestāžu uzticību. Sakarā ar ekspozīcijas pārkārtošanu atbilstoši Padomju Sociālistisko Republiku Savienības (PSRS) kultūrpolitikas nostādnēm muzejs apmeklētājiem praktiski bija slēgts. Muzeja krājums tika papildināts gan dāvinājumu, gan iepirkumu veidā.
Nacistiskās Vācijas okupācijas laikā no 1942. gada janvāra līdz 1944. gada septembrim Valsts Vēsturiskā muzeja Cēsu nodaļas pārzinis bija arheologs, numismāts Rauls Šņore. Šajā laikā muzejs pēc divu gadu pārtraukuma tika atvērts apmeklētājiem ar jaunizveidotu vēstures ekspozīciju, kura bija iekārtota trīs nodaļās – Aizvēstures, Vēstures un Etnogrāfijas. 1943. gadā tika sarīkota plaša Dziesmu svētku vēsturei veltīta izstāde.
Vēsturniece un arheoloģe Konstance Ozola Cēsu vēstures muzeju sāka vadīt otrās padomju okupācijas sākumā, 1945. gada 1. maijā, kad muzejiem Latvijas apriņķos bija jākļūst par padomju muzejiem. Tas nozīmēja atteikšanos no iepriekšējā, savas nacionālās valsts un tās vēsturiskās attīstības procesu dokumentēšanas, popularizēšanas. Tika uzsākts darbs padomju režīma ideoloģiskajos ietvaros. Jau 1945. gada aprīlī tika aizsākta Cēsu muzeja bagātās Pirmā pasaules kara ieroču kolekcijas likvidēšana. Turpmākajā desmitgadē no muzeja bija jāizņem vairāki simti eksponātu – Latvijas Republikas ordeņi un goda zīmes, biedrību statūti, karoga nodaļas eksponāti, fotogrāfijas ar valsts un sabiedriskajiem darbiniekiem, grāmatas un vēl daudz dažādu citu grupu eksponāti.
Jau pirmajos pēckara gados muzeja direktores K. Ozola aizsāka muzejā tradīciju – organizēt lietišķās mākslas izstādes, tā rosinot pulcēties pie muzeja radošās inteliģences pārstāvjus, kas nākotnē muzeju veidoja par radošu kultūrizglītības centru pilsētā. Pie muzeja 1946. gadā sāka darboties rokdarbu-aušanas pulciņš, kam laika gaitā pievienojās zīmēšanas – gleznošanas, ādas apstrādes un foto pulciņi, kā arī filatēlistu kopa.
1948. gadā jau varēja uzsākt Cēsu Jaunās pils muzeja vajadzībām paredzēto pārbūvju projektēšanu, bet 1949. gada augustā Cēsu vēstures muzejs sāka iekārtošanos pilī, kaut remontdarbi vēl turpinājās. 1949. gada augustā muzejs no Lielās Kalēju ielas 4 divām nelielām ēkām pārcēlās uz Cēsu Jauno pili. Tā paša gada novembra sākumā septiņās Jaunās pils otrā stāva zālēs tika atklāta pirmā ekspozīcija, kas bija iekārtota trīs nodaļās – Dabas, Vēstures un Sociālistiskās celtniecības.
Direktore K. Ozola organizēja Eduarda Veidenbauma memoriālā muzeja “Kalāči” izveidi un rūpējās arī par brāļu Kaudzīšu memoriālā muzeja “Kalna Kaibēni” attīstību.
1988. gadā pēc direktora Ivara Zukuļa ieceres izveidoja Cēsu muzeju apvienību, kura kopā ar Cēsu Vēstures un mākslas muzeju apvienoja vēl astoņus muzejus pilsētā un Cēsu rajonā.
1999. gadā tika likvidēta Cēsu muzeju apvienība, taču jau 2004. gadā Cēsu Vēstures un mākslas muzejs tika iekļauts kā nodaļa jaunizveidotajā Cēsu pašvaldības aģentūrā “Vidzemes Vēstures un tūrisma centrs” (kopš 2010 aģentūra “Cēsu Kultūras un Tūrisma centrs”).