Музей был открыт 4 июня 1999 г. (с 2016 г. в статусе музея-заповедника «Полотняный Завод»), к 200-летию со дня рождения великого русского поэта А.С. Пушкина.
Полотняный Завод — родовое гнездо дворян Гончаровых — является уникальным памятником истории и культуры. Мировая известность Полотняного Завода связана с именем А.С. Пушкина, который был женат на Н.Н. Гончаровой, и приезжавший в имение два раза: в мае 1830 и в августе 1834 г.
Усадебный комплекс начал формироваться в XVIII в. при А.А. Гончарове — прапрадеде Н.Н. Гончаровой-Пушкиной. В отличие других дворянских усадеб, в имении Гончаровых жилые и хозяйственные строения сочетались с фабричными: на одной линии с домом располагались полотняная и бумажная фабрики. Тем самым это нехарактерное для традиционной усадебной культуры сочетания строений выделяет Полотняный Завод среди других сохранившихся усадебных комплексов, создавая уникальный образ данного историко-культурного объекта.
Экспозиция музея располагается на втором парадном этаже трёхэтажного дома Гончаровых и насчитывает 13 залов. Экспозиционная площадь занимает 609 кв. м, парковая — 42,3 га.
Экспозиция построена по историко-хронологическому принципу — с возникновения в 1-й трети XVIII в. усадьбы Гончаровых до октября 1917 г., представлены мемориальные предметы: мебель XVIII в., служившая еще первому хозяину дома А.А. Гончарову, китайский фарфор сер. XVIII в., подлинные портреты Петра I, Екатерины II, императрицы Марии Федоровны. Восьмигранный столик из карельской березы, за которым в 1834 г. работал Пушкин во время своего второго приезда в Полотняный Завод, экземпляр журнала «Современник» (1836), отпечатанный на гончаровской бумаге, мемориальная литография с портретом А.С. Пушкина (художник О. Кипренский). В экспозиции отражен один из характерных промыслов жителей поселка — канареечный.
В выставочном зале (бывшей бильярдной) осенью 2020 г. была открыта регулярная выставка «Великое стояние на Угре». Выставка посвящена военной кампании 1480 г. и рассказывает о победе русского войска под командованием великого князя Ивана III над армией ордынского хана Ахмата, о конце татаро-монгольского ига и начале зарождения независимого российского государства. В числе экспонатов представлены фигура воина святой Руси и ордынца, репродукции картин П. Рыженко и артефакты, дающие представление о событиях тех далеких лет.