Музей был основан 8 октября (27 сентября по ст. с.) 1892 года при Ялтинском отделении Крымского горного клуба по инициативе врача-климатолога В. Н. Дмитриева, военного инженера А. Л. Бертье-Делагарда и других видных ялтинцев. С 1902 года экспозиция музея размещалась в собственном здании Горного клуба на Набережной.
В 1918 году музей был преобразован в самостоятельный Ялтинский естественно-исторический. В 1924 году был переименован в музей краеведения. В 1932 году музей был организационно объединён с Восточным музеем.
В годы Великой Отечественной войны наиболее ценные коллекции музея были эвакуированы в Новосибирск. После освобождения Ялты 16 апреля 1944 года уже через 7 дней (23 апреля) музей возобновил свою работу.
С 1957 года в состав музея входит литературно – мемориальный дом-музей писателей К. А. Тренева и П. А. Павленко (в настоящее время находится на реставрации).
С 1970 года филиалом стал литературно-мемориальный дом-музей писателя Н. З. Бирюкова. В этом же году был образован музей под открытым небом «Поляна сказок», который до 1991 г. входил в структуру музея на правах отдела.
В 1977 году был открыт отдел «Прогрессивная русская и украинская культура и литература Ялты дореволюционного периода» (ныне отделы «Культура Ялты конца ХIХ – начала ХХ вв.» и «Музей Леси Украинки»).
В 1985 г. был упразднён отдел природы, и музей стал называться Ялтинским историческим.
В 1989 году был создан и вошел на правах отдела «Музей А. С. Пушкина в Гурзуфе» (с 1999 г. - самостоятельный музей).
В 1990 г. музей получает название Ялтинский государственный объединённый историко-литературный музей, а в 2003 г. – Учреждение культуры Ялтинский историко-литературный музей.
С 1996 года в музее проводятся научные Дмитриевские чтения по истории Южного берега Крыма.
В течении 122 лет формировались фонды музея, в которых на сегодняшний день насчитывается более 160 тыс. единиц музейных предметов.
Музей сегодня – это уникальный комплекс, объединяющий исторические и литературные экспозиции. Экспозиции размещены в старинных особняках – памятниках архитектуры, истории и культуры, находящихся в историческом центре Ялты.
Главное здание музея расположено на ул. Пушкинской, 5, построено по проекту знаменитого архитектора Н. П. Краснова.
Отделы «Культура Ялты ХIХ – начала ХХ вв.» и «Музей Леси Украинки» располагаются в здании на ул. Екатерининской, 8, в котором останавливалась Леся Украинка.
Филиал музея – литературно-мемориальный дом-музей Н. З. Бирюкова, расположен доме на ул. Красноармейской, 5.
Музей является участником городских, республиканских, государственных и международных мероприятий. В течение последних лет музей активно занимается издательской деятельностью.
Ялтинский историко-литературный музей является участником II и III Всеукраинских музейных фестивалей (2008 г. – третье место в конкурсе мини-выставок, 2011 г. – победитель в номинации «Лучшее музейное издание»).
Сегодня в музее работает 61 сотрудник, из них – 27 научных. Возглавляет музей директор Ольга Петровна Ткачук, заслуженный работник культуры Украины, заслуженный работник культуры АР Крым. Среди сотрудников музея – два заслуженных работника культуры АР Крым, два кандидата наук.
Ялтинский историко-литературный музей – единственный музей на Южном берегу Крыма, где можно познакомиться с историей Большой Ялты с древнейших времён до современности.
