Pierwsza izba pamiątkowa we Fromborku, poświęcona Mikołajowi Kopernikowi, została założona w 1912 roku, w budynku na Wzgórzu Katedralnym we Fromborku zwanym Wieżą Kopernika, przez historyka warmińskiego księdza Eugena Brachvogla. W kilka lat później ukazał się drukiem pierwszy przewodnik po wystawie.
Powojenna historia Muzeum Mikołaja Kopernika we Fromborku rozpoczyna się 5 września 1948 r. Po dwuletnich staraniach Związku Zawodowego Historyków Sztuki i Kultury i pod patronatem najwyż-szych władz państwowych, otwarto wtedy na Wzgórzu Katedralnym pierwszą ekspozycję muzealną poświęconą Mikołajowi Kopernikowi. Otwarcie wystawy odbyło się w pobieżnie wyremontowanych, najmniej zniszczonych podczas działań wojennych w 1945 r., dwóch gotycko-barokowych kanoniach wewnętrznych, a patronował temu wydarzeniu Komitet Fromborski, pod przewodnictwem profesora Włodzimierza Antoniewicza.
Pierwszym kustoszem, sprawującym pieczę nad Muzeum był Otton Ślizień (kierownik tej placówki w latach 1948-1952 i 1957-1966). Za jego kadencji opracowano plan rozwoju i w znacznym stopniu odbudowano obiekty zniszczone podczas wojny, przystosowując je do potrzeb muzealnych.
Z krótszymi, a czasami dłuższymi przerwami, odbudowa obiektów i zarazem rozwój Muzeum trwały do 1973 r. – jubileuszowego roku 500. rocznicy urodzin Mikołaja Kopernika. Wtedy przed Muzeum otworzyły się szerokie możliwości – duże powierzchnie wystawiennicze i magazynowe w odbudowanym dawnym pałacu biskupim, mieszkania pracownicze w wyremontowanych obiektach. Dalszemu rozwojowi sprzyjały również nowe zasady finansowania i uzyskanie statutowej samodzielności w 1975 r. Stało się to przede wszystkim za sprawą i staraniem ówczesnego dyrektora Muzeum – Przemysława Maliszewskiego, który kierował fromborską placówką w latach 1974-1978.
W 1948 r. Muzeum posiadało 786 eksponatów, w tym wiele kopii i depozytów. W ciągu 70 lat działalności przybyło ponad 4000 eksponatów. Średnio w ciągu roku przybywało ponad 60 eksponatów, jednak zdecydowanie więcej od połowy lat 70-tych XX w. W ciągu pierwszych 20 lat istnienia Muzeum prezentowana była jedna wystawa stała poświęcona Mikołajowi Kopernikowi. Tylko sporadycznie, głównie z powodu braku sal ekspozycyjnych, pokazywano wystawy czasowe. Sytuacja uległa zmianie dopiero w latach 70-tych, kiedy odbudowa budynków na Wzgórzu Katedralnym pozwoliła na uruchomienie nowych sal wystawowych i przybyło szereg nowych ciekawych eksponatów.
Dodatkowo wzmocniło pozycję Muzeum udostępnienie na Wzgórzu Katedralnym widowiska „Światło i dźwięk”, pierwszej tego typu imprezy w Polsce. Premiera widowiska odbyła się w sierpniu 1975 r. i było to wydarzenie kulturalne dużej rangi w regionie i kraju. Przez 13 lat widowisko było wielką atrakcją turystyczną Fromborka w sezonie letnim. Po całkowitym wyeksploatowaniu aparatury i instalacji widowisko zamknięto ostatecznie w 1988 r. – powód brak pieniędzy na remonty i modernizację.
W ciągu 70 lat powojennej historii Muzeum Mikołaja Kopernika we Fromborku odwiedziło prawie 9 milionów osób, średnio ok. 130 tysięcy osób rocznie.
Jedną z zupełnie wyjątkowych w polskim muzealnictwie specjalnością fromborskiej placówki jest praca naukowo-oświatowa w dziedzinie astronomii. Służy temu planetarium działające od 1973 r. w przyziemiu dawnej dzwonnicy katedralnej. Na kopule sztucznego nieba o średnicy 8 m, przy pomocy aparatury ZKP-2 firmy Zeiss, wyświetlane są obrazy ciał niebieskich widocznych z dowolnej szerokości geograficznej, pory dnia i roku. W ciągu ponad 40 lat pracy muzealnego planetarium odbyło się około 47 000 seansów, średnio ponad 1000 seansów rocznie, które obejrzało ponad 2.300.000 osób, średnio ok. 40.000 osób w ciągu roku.
Od 1981 r. pracę planetarium wspiera obserwatorium astronomiczne na tzw. Górze Żurawiej – najwyższym wzniesieniu w okolicach Fromborka. W 2012 r. rozpoczęto w tym miejscu realizacje projektu „Park Astronomiczny Muzeum Mikołaja Kopernika we Fromborku” w ramach Programu Operacyjnego „Zrównoważony rozwój sektora rybołówstwa i nadbrzeżnych obszarów rybackich 2007-2013” i przy wsparciu finansowym samorządu Województwa Warmińsko-Mazurskiego. Wszystkie prace zakończono w połowie 2016 r. W nowo powstałych pawilonach znalazły się cztery historyczne instrumenty – teleskopy marki Sendtner i Repsold, instrument przejściowy Bamberga oraz kamera satelitarna. Wykonano rekonstrukcje instrumentarium Mikołaja Kopernika i siedemnastowiecznych lunet używanych przez jezuitów w Kaliszu do obserwacji plam słonecznych. Powstał nowy budynek recepcyjny z salą dydaktyczną. Obecnie Park jest miejscem, w którym popularyzowana jest astronomia oraz postać i nauka Mikołaja Kopernika, nastawionym przede wszystkim na edukację dzieci i młodzieży.
Inną, stosunkowo nową, pasją fromborskich muzealników jest historia medycyny. Działania rozpoczęto kiedy dyrektorem instytucji był Tadeusz Piaskowski (1978 – 1988). Eksponaty z tej dziedziny można zobaczyć w odbudowanym zespole poszpitalnym św. Ducha przy ul. Starej we Fromborku.
Wystawa zbiorów działu historii medycyny jest udostępniana od 1991 r., a od 1997 r. towarzyszy jej wystawa warmińskiej rzeźby i malarstwa XVI – XIX w. oraz liczne ekspozycje czasowe. Od kilkunastu lat przy zespole poszpitalnym udostępniany jest do zwiedzania ogród ziół.
Wnętrze szpitala św. Ducha i fragment ogrodu ziół, 2016 r.
Od samego początku istnienia instytucji dążono do tego aby to miejsce było świątynią nauki i sztuki, założoną i rozwijaną w hołdzie dla największego uczonego nowożytnej Europy – twórcy obecnego obrazu świata. Po 70 latach istnienia nie udało się w pełni zrealizować tego zamiaru. Może najbliższe lata pozwolą na to i spełnią się marzenia założycieli Muzeum z połowy lat 40-tych XX w.