新疆生产建设兵团军垦博物馆前身为石河子军垦博物馆，于1988年筹建，1995年正式对外开放。1995年9月至2004年10月馆址设在原二十二兵团领导创业旧址内，2004年在石河子军垦博物馆的基础上，将石河子市市级文物保护单位“军垦第一楼”改扩建成为“新疆兵团军垦博物馆”，于当年10月10日新疆生产建设兵团成立五十周年之际开馆并举行了隆重的揭牌仪式。

改扩建的新疆兵团军垦博物馆建筑面积9703平方米，陈列面积4800余平方米，文物库房面积1300平方米。2010年，博物馆二次改造陈列，5月1日重新开馆，展览由序厅和基本陈列组成。序厅由一幅由1952年毛泽东主席向驻疆部队发布的命令、雪山、胡杨树组成的巨幅木刻浮雕引入，包含前言、兵团14个师简介、兵团农牧团场分布图、二、六军进军新疆示意图及两个沙盘。基本陈列分为：军垦序曲、凯歌进疆、艰苦创业、激情燃烧、三个队的作用、继往开来再铸辉煌、亲切关怀、王震将军办公居住场景复原、《屯垦戍边》半景画、反映改革开放30年来兵团辉煌成就的虚拟演播厅十大部分，采用实物与图片相结合的方式，运用了场景复原、等比微缩场景、人物雕塑、硅胶人物像、油画、国画等艺术手段，共展出实物900余件，图片1000余幅，再现了兵团创建、发展的全过程。

新疆兵团军垦博物馆是全国唯一的一座以新中国屯垦戍边革命历史为主要研究及陈列内容的国家二级博物馆，几年来共接待了国内外来宾300多万人次，先后接待了习近平、胡锦涛、温家宝、李源潮、刘云山、刘延东、迟浩田、姜春云、吴仪、贾庆林、李长春、罗干、曾庆红、黄菊、等数十位国家领导。特别是2010年改陈后,每年接待观众40多万人次, 得到了社会各界的认可和赞誉，收到了较好的社会效益。1998年被中华人民共和国人事部、国家文物局授予“全国文物博物馆系统先进集体”称号。1999年29件军垦文物被确认为国家一级革命文物。2005年2件历史文物被确认为国家二级文物，26件历史文物被确认为国家三级文物。2000年被新疆维吾尔自治区党委命名为“自治区级爱国主义教育基地”。 2005年被中共中央宣传部命名为“全国爱国主义教育示范基地”。同年，还被中央13部委确定为全国100个红色旅游经典景区之一，国家4A级旅游景区。2006年被国家民族事务委员会命名为“全国民族团结进步教育基地”。2010年被中共中央纪律委员会、中华人民共和国监察部命名为“全国廉政教育基地”。2010年首批自治区国防教育示范基地。2008年3月纳入国家第一批免费开放博物馆，对外免费开放。