Redan 1878 startade insamling av föremål i Norrbotten. Till en början förvarades de hemma hos bolagsdisponenten J.A. Wikström i Luleå. Den 20 september 1886 bildades Norrbottens Museiförening med medlemmar från residensstadens övre borgerskap. De övervägande frågorna för föreningen var ekonomin, lokalerna och föremålssamlingarna. Lokalfrågan försvårades betydligt i och med Luleå stads brand 1887, då stora delar av stadens centrum förstördes.
1901 inreddes lokaler i länsstyrelsens byggnad för museiföreningens samlingar. Tidigare hade dessa varit utställda i läroverket.
På initiativ av författaren David Törnqvist och länsmejerskan Anna Gustafson började föreningen under 1910-talet att diskutera bildandet av ett friluftsmuseum på Gültzauudden. Tanken förverkligades i början av 1920-talet. 1922 ombildades föreningen till Norrbottens läns hembygdsförening.
På 1920-talet anställde hembygdsföreningen Einar Möller som vaktmästare. Möller kvarstod i tjänst till 1960-talet. Bertil Waldén blev den första yrkesutbildade museiintendenten 1926. Han jobbade endast deltid. Gunnar Ullenius, som blivit museiintendent 1929, anställdes på heltid från 1931.
Planerna på en egen museibyggnad växte fram och finansieringen löstes, så att dåvarande kronprinsen Gustaf Adolf den 21 juli 1936 kunde inviga den nuvarande museibyggnaden på Storgatan 2. Byggnaden ritades av arkitekt Eberhard Lovén.
Under andra världskriget minskade verksamheten. Delar av museibyggnaden togs i anspråk av länsstyrelsens kristidsorgan och landsantikvarie Reinhold Odencrants var periodvis mobiliserad. Först 1950 kunde länsmuseet återta hela museibyggnaden.
Personalstyrkan bestod fram till 1956 av en landsantikvarie, en vaktmästare och tillfälliga amanuenser samt en städerska.
1961-1972 innehade Harald Hvarfner landsantikvarietjänsten och under hans ledning utvecklades museet snabbt. Fältarbeten och bokutgivning kompletterade utställningarna, som turnerade i hela länet. Museet organiserades 1964 i tre avdelningar. 1966 hade museet 15 anställda.
Friluftsmuseet på Gültzauudden flyttades omkring 1970 till Gammelstad och blev Friluftsmuseet Hägnan.
1967 ändrade hembygdsföreningen namn till Föreningen Norrbottens museum. 1977 ombildades museet till en stiftelse med två huvudmän; Luleå kommun och Norrbottens läns landsting. Den gamla föreningen delades i två delar. Själva länsmuseet fördes över till den nya stiftelsen, medan förening för hembygdsintressenter samlades i Norrbottens hembygdsförening, som i början på 1980-talet bytte namn till Norrbottens hembygdsförbund.
Den 1 juli 1976 omorganiserades kulturminnesvård i Sverige. Vid länsstyrelserna inrättades länsantikvarier som övertog den myndighetsutövande delen av landsantikvariernas arbetsuppgifter.
Stiftelsen omorganiserades i april 1992. Landstinget övertog helt verksamheten för Norrbottens museum, medan Luleå kommun övertog ansvaret för Friluftsmuseet Hägnan i Gammelstad.
Den 1 oktober 1999 blev Stiftelsen Norrbottens museum en basenhet inom Norrbottens läns landsting inom kultur- och utbildningsförvaltningen. Förvaltningen ändrade 1 juni 2001 namn till Division Kultur och utbildning.
Idag består personalstyrkan av ett sextiotal anställda. Norrbottens museum är länsmuseum för Sveriges största län - till ytan nästan en fjärdedel av vårt land. Verksamhet bedrivs inte bara i Luleå, utan i hela länet, med t.ex. utredningar och dokumentationer, kulturprojekt och utställningsproduktion samt en barn- och ungdomsverksamhet.
- - -
Norrbottens museums chefer/heltidsanställda
(ordinarie och längre vikariat)
Gunnar Ullenius, mar 1929 - dec 1936
Ingegärd Vallin, t f, jan 1937 - jun 1937
Reinhold Odencrants, jul 1937 - feb 1945
Birgit Laquist, t f, mar 1945 - aug 1946
Hans Beskow, sept 1946- jun 1961
Ingrid Swartling, t f, mar 1952 - jun 1952
Ingrid Swartling, t f, sept 1952 - dec 1952
Zygmunt Lakocinski, t f, jan 1953 - jun 1953
Inga Serning, t f, nov 1956 - apr 1957
Olov Isaksson, t f, juli 1961 - sept 1961
Harald Hvarfner, sept 1961 - jul 1971
Kjell Lundholm, t f, mar 1971 - okt 1971
Lisbeth Cardell, t f, okt 1971 - feb 1972
Kjell Lundholm, t f, mar 1972 - aug 1972
Björn Hallerdt, sept 1972 - sept 1975
Kjell Lundholm, ord från 1981, okt 1975 - jul 1987
Eva Gradin, t f, jul 1987 - okt 1988
Pär Hallinder, okt 1988 - jun 1990
Disa Åberg, jul 1990 - jun 1992
Tommy Bystedt, t f, jul 1992 - nov 1992
Majvor Östergren, dec 1992 - dec 1994
Majlis Granström, jan 1995- maj 2001
Johan Lilliehöök, jun 2001 - juni 2003
Tf: Eva Landberg, Kerstin Nelje 2003 året ut.
Curt Persson januari 2004-2013 (delvis halvtid, doktorerade vid LTU) Olle Mattsson var biträdande chef 2010-2013..
Karina Jarrett 2012 en kort period.
Jan-Erik Lundström. 2013-2015.
Helena Carlström. 2015-2017.
Margaretha Lindh 2017-
Gunnar Ullenius fick fastare anställningsformer i jan 1931. Under de första åren var Ullenius inte anställd på heltid.
Reinhold Odencrants var den första med titeln landsantikvarie.
Birgit Laquist tjänstgjorde även som t f intendent periodvis under andra världskriget, när Odencrants var inkallad till militärtjänst.
Hans Beskow var tjänstledig maj 1948 - juni 1948, aug 1949 - okt 1949, mar 1952 - jun 1952, sept 1952 - jun 1953 och nov 1956 - apr 1957.