El Museo Arqueológico de La Serena fue fundado el 3 de abril de 1943 por el investigador Francisco Cornely Bachman, gracias al auspicio de la Primera Municipalidad de La Serena. Cornely estudió la cultura diaguita en el Valle de Elqui en la década de 1930, y su trabajo sirvió de base de las primeras colecciones institucionales.
La comunidad se sumó con entusiasmo a la iniciativa y sus donaciones ampliaron las responsabilidades patrimoniales del museo.
En 1948, éste fue transferido a la entonces Dirección de Bibliotecas, Archivos y Museos (DIBAM), y ese mismo año fue incorporado en el Plan Serena del Presidente Gabriel González Videla, que financió la construcción de un edificio propio para la institución.
Su construcción finalizó en 1954, y está emplazado en la esquina de las calles Cienfuegos con Cordovez, en la zona típica de La Serena. Su fachada incluye un portal barroco, rescatado de una antigua casa colonial de la ciudad, perteneciente al Conde de Villa Señor.
Recientemente se ampliaron sus dependencias (edificio de 4 pisos aéreos y 2 pisos subterráneos), y comenzó un proyecto de mejoras de la infraestructura de su edificio tradicional, que concluyó en abril del año 2021 con una nueva puesta museográfica permanente.
