История создания музея начинается с 1921 года, когда любитель-краевед, натуралист Александр Константинович Булич выступил с инициативой основать в Чистополе музей родного края. В том же году музей был открыт для посещения, а сам А.К. Булич стал его первым директором. В основу музейных фондов легли его личные коллекции. Наиболее интересными были материалы по археологии, палеонтологии, биологии и ботанике. Некоторые предметы из этих коллекций, менее других подверженные разрушению временем, еще и сегодня можно видеть в музее. Среди них: булгарская кольчуга, найденная пастухом Миниханом в 1921 году недалеко от села Ст. Мокшино в месте, называемом "Мирским лесом" или "Каменной поляной"; удивительный по красоте сфероконус - сосуд для благовоний, который поступил в фонды музея из коллекции помещика Чистопольского уезда Шульца; коллекция яиц и гнезд птиц, населяющих территорию Чистопольского района, и богатейшая коллекция останков древних животных: мамонтов, бизонов, носорогов и единорога. До сих пор радуют глаз изящностью рисунка и яркостью красок ковровые дорожки, переданные в музей одной из школ города (бывшей мужской гимназией). 

Самая большая фондовая коллекция - письменных источников - включает в себя документы с конца XVII века по сегодняшний день, рукописные и старопечатные книги. Среди них - "Церковный певчий обиход", "Ирмосы", "Трезвон певчий", "Жития святых" 1762 г., "Евангелие" 1856 г. и др. 

В последние годы заметно вырос мемориальный фонд, включающий в себя документы, фотографии, личные вещи, принадлежавшие известным людям города. Особое место в нем занимают материалы, посвященные пребыванию в Чистополе в годы Великой Отечественной войны деятелей литературы и искусства. "Постоянными" жителями с осени 1941 года по июнь 1943 года стали более пятидесяти писателей. В архиве музея хранятся письма, страницы из дневников, фотографии, документы Исаковского М. В., Фадеева А. А., Леонова Л. М. и др. 

Яркой иллюстрацией к истории края является богатое этнографическое собрание музея, объединяющее предметы быта, одежды, украшения, орудия труда, изделия ремесел народов Среднего Поволжья: русских, татар, чувашей. 

Жемчужиной коллекции предметов городского быта являются два деревянных велосипеда, изготовленных крестьянином села Чистопольские Выселки Мельниковым Николаем Ивановичем. Наибольший интерес представляет велосипед, изготовленный в 1902 году в форме большого колеса, внутри которого расположены педали и седло. Второй велосипед (1909 года изготовления) оснащен особым ременным приводом. В ось заднего колеса вставлена возвратная муфта, которая и приводила велосипед в движение.