张家川县博物馆成立于1992年。是一座集收藏、保护、研究、展示、教育为一体的国家三级博物馆。博物馆建筑面积2993平方米，展厅面积900平方米，有各类藏品25119件（不包括马家塬遗址出土文物），其中一级文物19件组，二级文物61件组，三级文物279件组。为“全国文物系统优秀爱国主义教育基地”、“张家川县青少年爱国主义教育基地”、“ 2014--2020年度天水市文物工作先进单位”和“甘肃省卫生单位”。

博物馆的陈列展示以历史空间为序，分为历史文物陈列、民俗风物陈列、马家塬遗址及墓葬出土文物陈列和馆藏书画精品陈列四部分十个单元。展示文物中的仰韶文化、齐家文化陶器数量众多，独具特色；秦汉青铜器造型别致，异彩纷呈；宋、元、明、清瓷器，色彩绚丽、纹饰华美；明代阿文铜炉，铸造精湛，造型精美，别具一格。

特别是被评为“2006年度全国十大考古新发现”的马家塬战国墓地出土的文物数量众多，工艺精湛，纹样多变，装饰精美，高等级墓葬出土车辆极尽豪华，蕴含了我国古代先秦文化和西戎少数民族文化的丰富信息，反映了2300年前中国古代车乘的发展演变及高超的制造工艺，具有极高的历史研究价值。

2019年被评为第八批全国重点文物保护单位河峪摩崖石刻，时代特色鲜明，地域风格浓郁，是研究丝绸之路关陇道社会风俗、文化历史的重要石刻，对传承保护文化遗产具有举足轻重的作用。

2021年“考古中国”重大项目圪垯川遗址，是陇西黄土高原继大地湾遗址之后又一重要考古发现，代表了仰韶文化发展过程中的一个关键时期，证实了本区域与关中和中原地区一样是仰韶文化的又一中心，在中华文明起源过程中具有极为重要的地位。

博物馆于2011年年底正式对外免费开放。“博而承教，物以载德”，自开放以来，共接待各类参观者逾80万人次，其中主要以考察团、工作组、群众团体和中小学生等为主，真正实现了博物馆均等化，已成为文化惠民的中坚力量。