A tatai múzeum a városban a 18. század óta jelen lévő piarista rend saját, házi gyűjteményéből bontakozott ki. A piaristák széleskörű, gyakorlatias oktatási rendszere folyamatosan alakította ki a diákság számára azt a történeti-helytörténeti, szemléltető célú gyűjteményt, amely a diákok, volt diákok és tudós tanárok, valamint a lakosság ajándékozásai révén fokozatosan alkalmassá vált egy városi múzeum kialakítására.

A múzeum alapítása Dornyay Béla nevéhez fűződik, aki maga is tatai diák, majd piarista szerzetes és tudós tanár lévén, elkötelezettséget érzett a gyűjtemény iránt. A piaristák gyűjteménye az ő koncepciója, gyarapításai és nyilvántartása folytán kezdett 1912-től igazi városi múzeummá válni. A múzeum fenntartója természetesen továbbra is a piarista rendház, amely nemcsak otthona, hanem - Pintér Elek igazgató-házfőnöknek köszönhetően - gazdája is a múzeumnak.

A trianoni döntés következményeként a Komárom Vármegyei és Városi Múzeumi Egylet (amely gazdag gyűjteményével az akkori megyei múzeum volt) a határon kívülre került, s ezzel együtt a csonka vármegye területén a tudományos gyűjtésnek és érdeklődésnek semmiféle fóruma nem volt. Ez a hiány eredményezte a tatai városi múzeum szerepkörének kibővülését, regionális gyűjtőkörű múzeummá válását. Az 1930-as években a tatai születésű Magyary Zoltán, mint minisztériumi osztályvezető, mindent megtett azért, hogy Tata-Tóváros virágzó, önállóan boldogulni tudó kisváros legyen. Mindezt nemcsak a maga területén, a közigazgatásban, hanem a városkép, a kultúra, oktatás területein is támogatta. Neki köszönhető a Tatai Múzeum korszerű kialakítása, új kiállítása és az 1938-as katalógus megjelentetése is. Ezzel a tatai múzeum története során 1938-ban a hazai muzeológiában is kivételesnek számító tudományos eredmény született: egy olyan gyűjteményi katalógus, amely rövid és egzakt leírásokkal 228 tételt tüntet fel (festményeket, metszeteket, szobrokat, fajansz és egyéb kerámia tárgyakat, céhtörténeti emlékeket, bútorokat), bevezető tanulmányaiban pedig a gyűjtemény jelentőségére hívja fel a figyelmet. A katalógus szerzői az akkor még fiatal tudósnak számító, kiváló kutatók, Balogh Jolán és Révhelyi Elemér. Magyary Zoltán személyes adományaival, vásárlásaival is szép számmal gyarapította a gyűjteményt, de ennél is jelentősebb maga a tény: a múzeumügy fontosságának a kifejeződése, például a katalógus kiadása által. Magyary valóságos mozgalmat indított el: az 1938-as katalógus 228 tárgyat közöl, 1944-re a tárgyak száma 600 fölé emelkedik!

A gyűjtemény anyaga ládákba csomagolva, viszonylag épen vészelte át a második világháborút. A gyűjtemény államosításakor, majd a rendház szekularizálása során a piarista múzeum, illetve rendház gazdag tárgyegyüttese vetette meg utódja, a Kuny Domokos Múzeum gyűjteményének alapját.

A második világháború utáni múzeumi élet az 1949-ben megszületett múzeumi törvény hatására alakult Tatán is. Kezdetben a Quadt-villa volt a tatai múzeum székhelye. 1951 és 1953 között Dobroszláv Lajos volt a múzeum igazgatója, akit 1953 után Jenéi Ferenc követett 1957-ig. 1951-54 között a piarista gyűjteményt több helyen is kiállították, megindult a gyűjtemények számbavétele, leltározása, nagyobb gyűjtemények megszerzése (Hódmezővásárhelyi gyűjtemény 1954; Kállay-gyűjtemény 1957), a szisztematikus gyűjtőmunka. 1954-ben került az anyag a tatai várba - ekkor vette fel a múzeum a keramikus Kuny Domokos nevét -, ahol még ez évben 3 teremben elkészült az első állandó kiállítás, amit 1955-ben a fajansz kiállítás és a római kőtár megnyitása követett. Ekkor kerültek a múzeumba a tatai és majki Esterházy-kastélyokból és a piarista rendházból származó festmények is. 1957-ben Kiss Ákos és Kraloványszky Alán rövid igazgatóságát követően Bíró Endre lett az igazgató.

A vár teljes épületét csak 1959-től használhatta a múzeum, miután a Halgazdaság és a tatabányai Bányászati Múzeum is elköltözött. A múzeumi gyűjtemények az ásatások, vásárlások illetve gyűjtések eredményeként fokozatosan bővültek. Ennek köszönhetően 1963-ban, a vár épületének két szintjén megnyílt új állandó kiállítás a paleolitikumtól a 19. századig mutathatta be a város és a környező települések történetét.

A múzeum 1966-ban került a Megyei Tanács kezelésébe, s az ekkor létrehozott Komárom megyei Múzeumi Szervezet központja a Kuny Domokos Múzeum lett. Ekkor már 2 régész és 1 újkoros muzeológus dolgozott, a gyűjteményi munka és a közművelődési feladatok mellett a múzeum már 10 időszaki kiállítást is rendezett.

Számos leletmentés mellett (pl. M l-es út, almásfüzitői vörösiszap tároló) jelentős tervásatás, az Országos Műemlékvédelmi Hivatal támogatásával 1965-től 1972-ig B. Szatmári Sarolta által irányított tatai várásatás gazdagította legszámottevőbben a régészeti gyűjteményt. E kutatás eredményeként ismerjük a vár középkori alaprajzát, építési periódusait.

A megyei múzeumi szervezet kiépítése a hatvanas évek végén gyorsult fel. Az Angolparkban lévő Esterházy-nyárilak lett helyreállítása után a múzeum irodaépülete, itt helyezték el a könyvtárat, a kiépülő adattárat ill. egyes gyűjteményeket is. Szőnyben 1970-ben nyílt meg a Dobi István-emlékmúzeum, s ezzel egy időben egy régi iskolaépület megszerzésével a megyeszékhely is múzeumhoz jutott - 1973-ban első állandó kiállítása is elkészült. Acsteszéren 1971-ben megnyílt a Táncsics Emlékház, elsősorban a tatai múzeum gyűjteményeinek felhasználásával. 1976-ban Ászáron Jászai Mari szülőházában nyílt meg a kiállítás. Szintén 1973-ban, a Miklós-malomban nyílt meg először a Nemzetiségi Néprajzi Múzeum kiállítása. Innen költözött át 1983-ban, a múzeum önállósodását követően, a felújított Nepomucenus-malomba.

A jelentős gyűjteménygyarapodás, a megyében folyó tudományos munka eredményeként 1967-ben jelent meg a Komárom Megyei Múzeumi Közlemények első kötete.

A várásatás bejezése után a megnövekedett szakmai igény is indokolta új, korszerű állandó kiállítás elkészítését. Alapos előkészítés és tervezés után két részletben, 1974-ben illetve 1975-ben nyílt meg a Várban a 12 teremből álló állandó kiállítás - melynek egyes részletei még ma is láthatóak. A tárlat a bronzkortól a 19. századig mutatta be az egykori tatai és komáromi járás régészeti, történeti, művészeti gyűjteményeit. Különösen értékes volt a brigetioi, almásfüzitői római anyagot, a vértesszentkereszti középkori kőanyagot és a Tata középkorát, a vár történetét bemutató kiállítási rész. Külön egységet jelentettek a törökkori, a tatai fajansz történetét bemutató termek illetve a toronyszobában berendezett, Martyn Ferenc műveit bemutató tárlat.

A 70-es évekre kialakult a múzeumi időszaki kiállítások rendszere. A Komárom megyei képzőművészeti tárlatok, a vadászattörténeti, egyetemes néprajzi tematikájú kiállítások sorozata éveken keresztül rendszeressé vált.

Az 1970/80-as évek során a gyűjteményfejlesztési és tudományos munka felgyorsult a Kuny Domokos Múzeumban. A történeti gyűjtemény legjelentősebb gyarapodása a Révhelyi Elemér építészprofesszor értékes fotó- és a Fellner-életmű kutatásának eredményeit is tartalmazó dokumentum-hagyatékának megvásárlása volt. Az iparművészeti gyűjtemény gyarapodásában kiemelkedő jelentőségű volt a Kuffler-hagyaték részeként megvásárolt bútor- és kerámia anyag 1986-ban. Folyamatosan bővült a megyei képzőművészek anyagával a képzőművészeti gyűjtemény, melynek legjelentősebb gyarapodását Kernstok Károly, Zilahy György, Györffy K. József, Hegedűs László majd Dudás Jenő műveinek a múzeumba kerülése jelentette. A gyűjtemény gyarapításában és a kiállítások rendezésében elkerülhetetlen Wehner Tibor művészettörténész tevékenységének említése.

A néprajzi gyűjtemény gyarapodását elsősorban a kézművesség hagyományainak összegyűjtése, műhelyfelszerelések megvásárlása eredményezte. Az 1970-es évek második felétől egy évtizeden keresztül folyamatosan gyarapodott a nemzetközi néprajzi gyűjtemény. Ebben meghatározó szerepe volt a múzeum etnográfusaként dolgozó Antoni Juditnak.

A nagyarányú leletmentéseknek köszönhetően (pl. Tatabánya-Síkvölgypuszta, avar temető, V Vadász Éva feltárása 1971; Almásfüzitő-Foktorok, római tábor, Bíró Endre - V Vadász Éva - Lányi Vera feltárása 1970; Almásfüzitő-Foktorok, neolit és bronzkori telep, V Vadász Éva feltárása, 1971; Oroszlány, Borbála telepi avar temető, B. Szatmári Sarolta feltárása 1973, 74, 76; Szőny-Molaj, római temető, B. Szatmári Sarolta feltárása 1976-77; Tatabánya-Alsógalla avar temető és telep, Árpád-kori telep, B. Szatmári Sarolta feltárása 1978-83) a legnagyobb mértékű gyarapodást a régészeti gyűjtemény mutatta. Egyedülálló munkát jelentett az 1961-ben feltárt szőnyi falfestményes terem rekonstrukciója (Bíró Endre feltárása és rekonstrukciója, az oldalfalak felépítése Móré Miklós, a mennyezet ifj. Bóna István munkája) a múzeumban.

A tatai múzeum más vidéki múzeumoktól eltérően, országos jelentőségű paleobotanikai gyűjteménnyel is rendelkezik. A megyén kívüli anyagot is magába foglaló gyűjteményt Skoflek István hozta létre, aki 1974-től részfoglalkozásban, majd 1980-tól haláláig (1981) főállásban volt a múzeum munkatársa.

A gyűjtőmunkát segítették a múzeum munkatársai által vezetett honismereti táborok. A múzeum közművelődési feladatainak eredményességét az 1973 októberében alakult múzeumbaráti kör munkája és az 1973-76 között hat alkalommal megjelent Krónika című periodika, a Komárom megyei múzeumok tájékoztatója mutatja.

Tovább bővültek a múzeum kiállítóterei is, 1977-ben nyílt meg a helyreállított tatai Zsinagógában a Görög-Római Szobormásolatok Múzeuma. 1986-ban került teljesen a múzeum kezelésébe a Miklós-malom, amely félbemaradt rekonstrukciója után a múzeum több gyűjteményi raktárának adott helyet, egészen 2004-ig. 1986-ban nyílt meg a hányatott sorsú Vizi vágóhíd kiállítása, amely az ország egyetlen ilyen jellegű ipari műemléke. Szándékos gyújtogatás pusztította el a jellegzetes tárlat anyagát.

Ez idő alatt a múzeum vezetésében is változás történt, Bíró Endre nyugdíjazása után Szatmári Sarolta vette át 1984-1989-ig az intézmény vezetését.

Az 1989-től a megyei múzeumi szervezetben bekövetkezett szerkezeti változások érintették a Kuny Domokos Múzeumot is: ez évtől kezdve elvált egymástól a megyei múzeumigazgatóság és a Kuny Domokos Múzeum igazgatói posztja. 1989-től 1995-ig az ugyancsak tatai székhelyű Német Nemzetiségi Múzeum igazgatója, Fatuska János etnográfus irányította a Kuny Domokos Múzeum munkáját is.

1991-től megindult a múzeum gyűjteményi katalógusainak publikálása Kuny Domokos Múzeum Gyűjteményei sorozatcímmel. Az első, A tatai céhek c. kötet a múzeum igen gazdag, néprajzi-kézművesipar-történeti gyűjteményét mutatta be. Ugyancsak értékes része a múzeum gyűjteményének a tatai várbirtokot 1727-ben megvásárló Esterházy család arcképgalériájából, illetve az általuk Tatára telepített piaristák rendházában őrzött kegyúri arcképgalériájából származó festmények együttese, amelyek restaurálása és tudományos feldolgozása 1994-re fejeződött be. 1990-ben Magyary Zoltán munkássága címmel rendeztek tudományos ülést, melynek anyaga a Tudományos Füzetek 5. köteteként jelent meg. Még ez évben, a Kuny Domokos Múzeum volt a színhelye a Mátyás király és a vidéki Magyarország című tudományos ülésnek is.

1995-2004 közt Fülöp Éva történész igazgatta a múzeumot. A Kuny Domokos Múzeumban 1996-tól 1 történész, 2 régész, 1 néprajzos és 1 művészettörténész muzeológus látta el a múzeumi alapfeladatokat, 3 restaurátor kolléga mellett. A múzeum kiállítóhelyei a Várban és a volt Zsinagóga épületében (Görög-Római Szobormásolatok Múzeuma) helyezkedntek el. Sajnos, az épület statikai problémái miatt 2001-től nem látogatható a barokk egyházművészeti kiállítás a Várkápolnában. A múzeum irodájául és részben gyűjteményei elhelyezésére is, 1996-tól 2010-ig az Angolpark-beli ún. Kiskastély (Esterházy-nyárilak) szolgált.

Az 1995 utáni időszak legfontosabb eredményei közé tartozik a Vár épülete és a Kiskastély rekonstrukciója, szakmai szempontból kiemelkedő az állandó kiállítás felújításának megindulása. A Tatai Évszázadok összefoglaló címmel készülő új állandó kiállítás megnyílt részei Tata 18-19. századi történetét, a 18-19. század főúri életmódját, továbbá a tatai céhek történetét foglalják össze és tárják a látogatók elé. Jogos közönség- és szakmai igényeknek eleget téve, állandó kiállítást kapott a tatai fazekasság nagy hagyományú történetének bemutatása. Az állandó kiállítás újjárendezett részeinek megnyitásával párhuzamosan halad a Kiállításvezető a tatai Kuny Domokos Múzeum állandó kiállításához című sorozat katalógusainak megjelentetése. 1995-től rendszeressé vált a Komárom-Esztergom Megyei Múzeumok Közleményei köteteinek megjelenése, 2010-ben a 16. kötet látott napvilágot. Új sorozat indult A Kuny Domokos Múzeum - Tata, Vár - időszaki kiállításainak katalógusai sorozatcímmel, melynek első darabja 1996-ban, a millecentenárium tiszteletére A magyar kerámiaművesség ezer éve címmel rendezett nagyszabású kiállítás anyagát mutatja be. Folytatódott a gyűjteményi katalógusok publikálása: a 2002-ben megjelent hatodik kötet Gemmák és gyűrűk Brigetioból címmel jelent meg.

A Kuny Domokos Múzeum által szervezett tudományos ülések sorában megemlítendő a 9 éven át nyaranta megrendezett, az Esterházy család történetét bemutató előadássorozat, továbbá a régészeti tárgyú konferenciák közül a bronzkor történetével foglalkozó rendezvény. A város Mecénás Közalapítványa segítségével, a múzeum szervezi a várostörténeti konferenciák sorozatát is, amelyek előadásai az Annales Tataienses sorozat köteteiben jelennek meg, 2010-ig a VI. kötet látott napvilágot.

2004-től, dr. Holló Szilvia Andrea megyei múzeumigazgatósága alatt, a Német Nemzetiségi Múzeum megyei múzeumi szervezeten belüli önállósága megszűnt, a Kuny Domokos Múzeum két néprajzosa közül egy kolléga a magyar, szlovák és nemzetközi néprajzi anyag felelőse, a másik etnográfus a német nemzetiségi néprajzi gyűjteményt kezeli. A Miklós-malomból a gyűjteményeket a múzeum új raktárbázisára, a Deák-Diófa utcába költöztették. A megyei múzeumi szervezet életében jelentős változások következtek be 2005 után: a két területi tagmúzeum közül először az esztergomi Balassa Bálint Múzeum, majd 2008-tól a Tatabányai Múzeum vált városi önkormányzati fenntartású intézménnyé. A Komárom-Esztergom Megyei Múzeumok Igazgatósága keretében így két tagmúzeum működik: a megyei Kuny Domokos Múzeum (Tata) és a tematikus Klapka György Múzeum (Komárom). 2010-től, az Esterházy-nyárilak kezelőváltását követően, a Megyei Múzeumok Igazgatóságának központja is a Nepomucenus Malomban található.