2004년 12월 착공하여 2007년 11월 준공하였고 2008년 9월 22일 개관하였다. 부지면적 3만 389㎡, 연면적 6,616㎡이고 지하 1층 지상 2층, 옥외건축물 6동으로 구성되어 있다. 지하층에는 수장고, 유물관리실, 공조실, 자원봉사실, 통신방재실, 카페테리아 등이 있고 지상 1층에는 전시실 3개소, 공연장, 관리사무실, 2층에는 전시실 3개소, 강의실, 도서실 등이 들어서 있다. 기타시설로는 삼문, 와가, 초가 3동, 협문, 야외공연장, 분수대, 조형물 등이 설치되어 있고 산책로, 주차장 등의 편의시설도 갖추고 있다.
상설전시실로는 천안고고실, 천안역사실, 천안삼거리실, 교통통신실, 어린이전시실 등이 있는데, 천안고고실에는 구석기시대부터 삼국시대까지의 유물과 유적, 천안의 관방유적과 유물 등을 전시하고 있다. 천안역사실에는 고려시대부터 조선시대까지 천안의 역사와 문화, 향촌사회의 생활상 등을 전시해놓았고, 천안삼거리실에는 옛 천안삼거리 모습을 재현해 놓았다. 교통통신실에는 교통의 요지 천안에서 볼 수 있었던 봉수대와 성환역 찰방, 천안역의 변천사를 전시하고 있으며, 어린이전시실은 유물을 직접 만지고 체험해볼 수 있는 공간으로 탁본, 퍼즐 맞추기, 어차 및 증기기관차 체험, 애니메이션 관람 등을 할 수 있다.
관람시간은 하절기(3월~10월) 오전 9시~오후 6시, 동절기(11월~2월) 오전 9시~오후 5시이며 월요일과 신정, 설, 추석 등은 휴관한다.