เชียงแสนเป็นเมืองโบราณบริเวณภาคเหนือตอนบนที่สำคัญยิ่งทางประวัติศาสตร์ของแคว้นล้านนา  มีแหล่งโบราณคดีสมัยก่อนประวัติศาสตร์  และสมัยประวัติศาสตร์ ปรากฎอยู่มาก  พระเจ้าแสนภู พระราชนัดดาของพระเจ้าเม็งรายทรงสร้างเมืองเชียงแสนขึ้นปี พ.ศ.๑๘๗๑ เพื่อเป็นที่มั่นในการควบคุมดูแลหัวเมืองต่างๆ ในแคว้นโยนก และเป็นปากประตูเพื่อติดต่อกับบ้านเมืองภายในผืนทวีปตามเส้นทางแม่น้ำโขง มีร่องรอยโบราณสถานให้เห็นอยู่ถึงปัจจุบัน 

          เมื่อมีการจัดตั้งหน่วยศิลปากรขึ้นปี ๒๕๐๐ เพื่อดูแลรักษาโบราณสถานในเมืองเชียงแสน ได้มีการตั้งพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติขึ้น  เพื่อใช้เป็นสถานที่เก็บรวบรวมและจัดแสดงโบราณวัตถุที่ได้จากการสำรวจขุดแต่งโบราณสถานเมืองเชียงแสน  และบริเวณใกล้เคียง  จัดแสดงให้ประชาชน นักศึกษา ชม และศึกษาหาความรู้  โดยใช้ศาลาหลังเก่าของวัดเจดีย์หลวงเป็นอาคารจัดแสดงหลังแรก 

      ต่อมาเมื่อวันที่ ๑๔ พฤศจิกายน พ.ศ. ๒๕๐๔ จึงได้ประกาศให้เป็นพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ ตามพระราชบัญญัติโบราณสถาน โบราณวัตถุ ศิลปวัตถุ และพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ พ.ศ. ๒๕๐๔ ซึ่งเป็นพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติที่เก่าแก่ที่สุดในภาคเหนือ

          ปี ๒๕๒๔ ได้รับงบประมาณในการสร้างอาคารทรงไทยล้านนาประยุกต์ ประดับยอดจั่ว กาแล 1 หลัง จึงได้ย้ายโบราณวัตถุ ศิลปวัตถุไปจัดแสดง  แล้วเสร็จในปี ๒๕๒๗  และปี ๒๕๒๘ ได้มีการสร้างอาคารส่วนขยาย  ปี ๒๕๓๘ ได้รับงบประมาณในการซ่อมปรับปรุง

      สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินทรงเปิดพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ เชียงแสน อย่างเป็นทางการ เมื่อปี พ.ศ. ๒๕๔๐