Каменск-Уральский краеведческий музей был открыт для посетителей 5 мая 1924 года на основе минералогической коллекции краеведа-подвижника, учителя биологии Каменской школы Ивана Яковлевича Стяжкина. Изначально музей существовал на общественных началах в здании бывшего заводского училища, а в 1931 году решением Каменского райисполкома переведен на государственное обеспечение и размещен в помещениях бывшей конторы Каменского чугунолитейного завода.
В 1941–1943 годах музей не работал. Экспонаты были вынесены в неприспособленные помещения, при этом погибла большая часть коллекций и всё оборудование. С 1945 года музей вернулся в здание бывшей заводской конторы. В
В 1955 году музей участвовал в археологической экспедиции Уральского государственного университета, на которой было открыто одно из древнейших поселений людей на территории Каменского района, названное по месту расположения селищем Лужки. Были обнаружены каменные орудия труда и многочисленные фрагменты керамики, датированные II тысячелетием до нашей эры. Находки положили начало археологической коллекции музея.
В 1999 году музею было присвоено имя его основателя – Ивана Яковлевича Стяжкина. Гордость музея – артиллерийская коллекция, собранная из образцов изделий Каменского завода. Начиная с