Музей был открыт 29 марта 1975 г. на основании Приказа Министерства высшего и среднего специального образования РСФСР № 532 от 17.12.1973 «Об организации музея по проблемам истории и перспективам развития архитектуры Урала в Свердловском архитектурном институте».
В состав фондового собрания музея входят более 50 тыс. ед. хр.: обмерные чертежи, проекты памятников архитектуры Урала, паспорта БТИ Екатеринбурга, документы Свердловского отделения Союза архитекторов России и институтов «Свердловскгражданпроект» и «Уралгипротяжмаш», материалы по истории архитектурного образования на Урале, произведения изобразительного искусства.  
В конце 1970-х гг. в истории музея начался новый этап. По инициативе профессора кафедры промышленного искусства (ныне кафедры индустриального дизайна) Ю.А. Владимирского была развернута масштабная работа по сбору экспонатов для экспозиции крупногабаритной техники уральских заводов во внутреннем дворе музея, в 1985 г. музей был переименован в Музей истории архитектуры и промышленной техники Урала. В 1992 г. в экспозиции крупногабаритной техники появился памятник Петру I.
С начала 2000-х гг. в музее активно развивается выставочная деятельность. Проекты, реализованные в музее, получили широкое признание не только в Екатеринбурге, но и за рубежом. В 2003 г. Управление культуры г. Екатеринбурга учредило конкурс  «Лучший музейный проект года». С этого времени музей практически каждый год становился лауреатом главного городского музейного конкурса. Четыре раза музей завоевывал главный приз – Гран-при – городского конкурса «Лучший музейный проект года».
В 2008 г. был разработан проект реконструкции музея, предусматривавший объединение всех зданий в единый многофункциональный комплекс, в котором наряду с музеем разместился Уральский центр развития дизайна Реконструкция завершилась в 2015 г.
В помещении бывшего лесосушильного цеха размещена постоянная экспозиция «Архитектура Каменного пояса». В здании бывших кладовых механической фабрики проходят выставки, посвященные истории дизайна и искусства.