พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ พิมาย ก่อตั้งเมื่อ พ.ศ. 2507 โดยเริ่มจากการเป็นพิพิธภัณฑ์กลางแจ้ง โบราณวัตถุที่จัดแสดงส่วนใหญ่ได้จากการขุดแต่งบูรณะปราสาทพิมาย การขุดแต่งบูรณะโบราณสถานและการขุดค้นทางโบราณคดีในเขตภาคตะวันออกเฉียงเหนือตอนล่าง ได้แก่ จังหวัดนครราชสีมา ชัยภูมิ บุรีรัมย์ สุรินทร์และศรีสะเกษ ในปี พ.ศ. 2532 กรมศิลปากรได้พัฒนาปรับปรุงพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ พิมาย ให้ถูกต้องตามหลักวิชาการพิพิธภัณฑสถานวิทยา โดยได้รับงบประมาณสนับสนุนจากโครงการน้ำพระทัยจากในหลวง หรือโครงการอีสานเขียว ก่อสร้างอาคาร 3 หลังเชื่อมติดต่อกัน ระหว่าง พ.ศ. 2532 - 2536 จัดแสดงนิทรรศการถาวรและปรับปรุงภูมิทัศน์แล้วเสร็จสมบูรณ์ในปี พ.ศ. 2536 สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินทรงเปิดพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติพิมาย เมื่อวันที่ 4 สิงหาคม พ.ศ. 2536 พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ พิมาย นับว่าเป็นพิพิธภัณฑ์ที่จัดแสดงถูกต้องตามหลักวิชาการพิพิธภัณฑ์ที่ได้มาตรฐานสากลแห่งหนึ่งในประเทศไทย