Το σημερινό Αρχαιολογικό Μουσείο Θηβών αποτελεί το τρίτο κατά σειρά κτήριο στη συγκεκριμένη θέση, το οποίο φιλοξενεί αρχαιότητες.
Η ιστορία του ξεκινά το 1894, όταν ο παλαιός στρατώνας δίπλα στον μεσαιωνικό πύργο παραχωρήθηκε για να στεγαστούν τα αρχαία αντικείμενα, κυρίως γλυπτά και επιγραφές που συγκεντρώνονταν από όλη τη Βοιωτία.
Το 1905, με δαπάνες της Εν Αθήναις Αρχαιολογικής Εταιρείας, ο στρατώνας μετασκευάστηκε στο πρώτο αρχαιολογικό μουσείο της πόλης, ένα απλό, διώροφο πετρόκτιστο οικοδόμημα, περιορισμένων διαστάσεων.
Την έκθεση των αρχαιοτήτων οργάνωσε ο αρχαιολόγος Αντώνιος Δ. Κεραμόπουλλος. Ο ίδιος σε συνεργασία με το ζεύγος των Άγγλων αρχαιολόγων P. και A. Ure – οι οποίοι είχαν ανασκάψει πρόσφατα τμήμα νεκροταφείου της αρχαίας Μυκαλησσού (σημ. Ριτσώνα) – δημιούργησε μια πρωτοποριακή για την εποχή έκθεση, παρουσιάζοντας τα ταφικά ευρήματα σε σύνολα και όχι ανάλογα με την καλλιτεχνική τους αξία, όπως συνηθιζόταν έως τότε.
Στο πρώτο μουσείο εργάστηκαν πολλές εμβληματικές μορφές της ελληνικής αρχαιολογίας, όπως ο Νικόλαος Παπαδάκις, o Χρήστος Καρούζος, o Ιωάννης Θρεψιάδης και ο Νικόλαος Πλάτων. Ο Χρήστος Καρούζος συνέγραψε, το 1934, τον πρώτο αρχαιολογικό οδηγό του μουσείου και συνέβαλε στην απόκρυψη των αρχαιοτήτων κατά την περίοδο του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου (1940-1944).
Μετά τη λήξη του πολέμου διαπιστώθηκε ότι το παλαιό κτήριο δεν επαρκούσε, κατεδαφίστηκε όμως πολύ αργότερα και στη θέση του χτίστηκε ένα ισόγειο οικοδόμημα με προστώο στην είσοδο.
Ο Ιωάννης Θρεψιάδης ανέλαβε την έκθεση των αρχαιοτήτων στο νεότευκτο κτήριο, το οποίο εγκαινιάστηκε λίγους μήνες μετά τον θάνατό του, στις 9 Δεκεμβρίου 1962. Κτηριακά επήλθε πλήρης ανανέωση, καθώς το νέο μουσείο διέθετε λιγοστούς αλλά μεγάλους φωτεινούς χώρους. Η περιορισμένη έκτασή του αντισταθμιζόταν από ορισμένα μοναδικά ευρήματα των συλλογών του, όπως οι σφραγιδοκύλινδροι ανατολικής προέλευσης και οι αμφορείς με επιγραφές σε Γραμμική Β΄ γραφή από το μυκηναϊκό ανάκτορο της Θήβας, οι λάρνακες του μυκηναϊκού νεκροταφείου της Τανάγρας και οι «μαύρες» εγχάρακτες στήλες πολεμιστών της κλασικής εποχής.
Το δεύτερο αυτό κτήριο, με περιορισμένες κατά καιρούς αναδιατάξεις της έκθεσής του, διήνυσε πορεία 45 χρόνων, μέχρι το 2007, οπότε ενσωματώθηκε στο σημερινό – τρίτο κατά σειρά – Αρχαιολογικό Μουσείο Θηβών.