Le Musée de Payerne a été créé en 1869 (en même temps que la bibliothèque populaire) et ouvert au public le 1er janvier 1870. Il comprenait alors diverses collections: animaux, coquillages, insectes et objets historiques liés à l'histoire de Payerne, parmi lesquels la fameuse "Selle de la Reine Berthe", qui est en fait une selle de tournoi bourguignonne.

En 1955, le musée avait quatre salles. En 1958, après la mort d'Albert Burmeister, qui avait veillé sur ses destinées pendant près de cinquante ans, il fut fermé au public. En 1965, la salle d'histoire naturelle fut évacuée pour être occupée par le collège.

En 1987, un incendie détruisit une grande partie des diverses collections du musée.

Actuellement le musée possède neuf salles dont cinq pour les expositions temporaires. Trois expositions par année sont organisées par les Amis du Musée de Payerne. Les autres quatre salles sont dédiées aux expositions permanentes.