В феврале 1958 года Совет ветеранов города во главе с А.В. Лавыгиным, П.В. Жигаревым, а также П.В. Вороновым, Б.А. Гонсовским, В.А. Устиновичем, Н.Ф. Бубенец, В.Л. Виноградовой и другими собрал фотоматериалы по истории дирижаблестроительного комбината, с которого начинался Долгопрудный. Основу «Народного краеведческого музея» составили также предметы старинного быта и археологические экспонаты, обнаруженные при возведении города.
В последующее десятилетие коллекции пополнялись за счёт того, что приносили для размещения в экспозиции жители города. В музей были переданы личные вещи членов экипажа «СССР-В6», одного из первых отечественных дирижаблей, и фрагменты конструкции, оставшиеся после его крушения. Так была создана экспозиция по истории города.
В 1977 году было принято решение о создании в Долгопрудном картинной галереи. А.Н. Катина, возглавлявшая тогда Отдел культуры Горисполкома, подготовила и направила письма в адрес художественных организаций и художников Москвы и Подмосковья с просьбой оказать содействие жителю города А.П. Орлову в его работе по собиранию картин для музея.
В 1978 году Правление Союза Художников РСФСР приняло решение о передаче Долгопрудному коллекции живописи, графики, скульптуры и предметов декоративно-прикладного искусства.
На основе краеведческих материалов по истории Долгопрудного и художественных коллекций в 1982 году был создан городской музей при Отделе культуры Администрации города.
В 1983 году собрание предметов изобразительного искусства было дополнено переданными в дар работами из коллекции доктора А.П. Орлова. Кроме того в организацию Художественной галереи в Долгопрудном большой вклад внесли Союз Художников РСФСР; Государственная Третьяковская галерея; заслуженный деятель искусств РСФСР М.Ф. Иванов-Чуронов; народный художник РСФСР В.М. Иванов; заслуженный художник РСФСР, член-корреспондент Академии художеств РСФСР, лауреат Государственной премии СССР В.М. Сидоров, трудовые коллективы и общественные организации города.
В 1992 года Отдел культуры Администрации был преобразован в Управление культуры, структурным подразделением которого стал и музей.
В начале 2003 года Долгопрудненский историко-художественный музей приобрёл статус самостоятельного юридического лица.