Музей истории театра был открыт 8 мая 1964 года. Основателем музея стал артист театра и его директор в 1947–1956 годы Б.А. Горский. Он начал собирать материалы по истории театральной жизни города с 1948 года. Впоследствии он стал первым директором музея. В создании музейной коллекции принимали участие актёры и дирекция театра: Я.Б. Театралов, С.Н. Архангельский, Б.А. Бертельс, И.М. Берман и др.
В 1975 году театральному музею было присвоено звание «народного».
В 1973–1994 годы директором музея был А.Г. Ломберг. В 1994–2024 годы хранителем музейных ценностей являлась Г.М. Перминова.
Численность фонда музея составляет около 10 000 предметов. В него входят фотографии, изобразительные материалы, книги, афиши, костюмы, макеты декораций, эскизы, куклы, архивы театральных деятелей, коллекция значков театров и театральных сообществ СССР, программки спектаклей, личные вещи известных актёров и режиссёров театра и страны, живопись. Также имеются аудио и видеозаписи спектаклей, творческих вечеров, значимых для театра событий, связанных с его историей.
Музейная экспозиция представлена в комнате площадью около 90 м2, часть помещения занимает архив. Постоянная экспозиция регулярно обновляется и дополняется. Передвижная экспозиция размещается в кулуарах II яруса.
Экспозиция музея театра знакомит посетителей с историей театрального искусства города, начиная с античного театра Херсонеса. Фотографии и документы повествуют о творчестве выдающихся мастеров сцены, повлиявших на развитие сценического искусства города Севастополя и Театра им. А.В. Луначарского. Экспонаты музея рассказывают о гастролях М.С. Щепкина, М.Г. Савиной; о приезде К.С. Станиславского с труппой Московского Художественного театра в 1900 году (вместе с ним приезжали А.П. Чехов, М. Горький, В.Э. Мейерхольд); о гастролях В.Ф. Комиссаржевской в 1902 и 1907 годах; о пребывании в Севастополе Ф.И. Шаляпина в 1917 году, когда он организовал матросский хор и выступил с ним на эстраде Приморского бульвара; о работе тенора Л.В. Собинова, который в 1920 году заведовал подотделом искусств отдела народного образования Севастопольского ревкома (именно он предложил присвоить театру имя А.В. Луначарского).
В фонде музея хранятся личные вещи выдающихся театральных деятелей: муаровая лента, преподнесённая Ф.И. Шаляпину севастопольским зрителем после его концерта в 1917 году, которую он подарил театру; визитные карточки Л.В. Собинова; пенсне, портсигар, визитная карточка, удостоверение В. Борейшо, колокольчик, которым он пользовался во время репетиций; личные документы Б.А. Бертельса; правительственные награды, детский альбом, грамоты К.В. Волковой; трость А.Л. Желябужского; программки и афиши начала XX века. Также к наиболее ценным в историко-театральном плане предметам из фонда музея можно отнести аудиозапись спектакля «Оборона», записанная в 1983 году Ю.Б. Левитаном.
В музее проводятся экскурсии, творческие встречи, посвященные истории театра. Также в театре проходят выставки театральных афиш из фонда музея.