Tunceli müzesi 1935-1937 yılları arasında askeri kışla olarak inşa edilmiştir. 1949 yılına kadar askeri kışla binası olarak kullanıldıktan sonra Millî Savunma Bakanlığından Maliye Bakanlığına devredilmiştir. Maliye Bakanlığına devrinin yapılmasından sonra bir tadilat geçiren yapı, 1949 yılından 1990’lara kadar memur lojmanları olarak kullanılmıştır. 2015 yılı şubat ayına kadar yaklaşık 65 ailenin içinde yaşadığı bir yer olmuştur. Erken Cumhuriyet Dönemi özelliği göstermesi nedeniyle Erzurum Kültür ve Tabiat Varlıklarını Koruma Bölge Kurulu tarafından tescillenen bina, hazırlanan proje ve yapılan yazışmalar sonrasında 2015 yılında Kültür ve Turizm Bakanlığı, Kültür Varlıkları ve Müzeler Genel Müdürlüğüne, Tunceli Müzesi olarak kullanılmak üzere tahsis edilmiştir.

2019 yılında restoresi tamamlanan Tunceli Müzesi binası yaklaşık 5.500 m²’lik bir alan üzerinde kurulu olan kare formlu, 5.800 m² kapalı alana sahip yapının kuzey cephesi 3 katlı, doğu, batı ve güney cepheleri ise 2 katlı şekilde inşa edilmiştir. Alman mimari tarzında yapılan yapının 1.800 m² büyüklüğüne sahip avlusu, konser, tiyatro, konuşma vb. etkinliklerin düzenleneceği bir formatta tasarlanmıştır. Ayrıca avluda 20 adet taş eser sergilenmektedir.

Kare formlu yapı içerisinde teşhir salonları, konferans salonu, kütüphane, sergi salonu, toplantı salonu ve depolar mevcuttur. Teşhir salonları 5 bölümden oluşmaktadır. Arkeolojik eser teşhirinde bu yörede çıkarılmış Paleolitik Dönem’den Türk-İslam Dönemi’ne ait toplam 340 eser sergilenmektedir. Sikke eser teşhir salonunda Grek Dönemi’nden Osmanlı Dönemi’ne ait toplam 158 adet sikke sergilenmektedir. Etnografya eser teşhirinde Tunceli yöresinin geleneksel yaşamına ait 195 etnografik eser yer almaktadır. İnanç bölümünde Alevilik ile ilgili bilgi panoları ve Alevilik ritüellerini temsilen teşhirler yer almaktadır. Cumhuriyet Dönemi teşhir salonunda ise tapu senetlerinden muhtar mühürlüklerine kadar o dönemi yansıtan çeşitli eserler sergilenmektedir.