Med sine 14 udstillingssteder er Nordjyllands Historiske Museum landsdelens største. Dets samlinger rummer mere end 150.000 registrerede genstande fra tidlig oldtid til i dag, og dets geografiske ansvarsområde omfatter fire kommuner: Jammerbugt, Mariagerfjord, Rebild og Aalborg.
Den største afdeling under Nordjyllands Historiske Museum er Aalborg Historiske Museum. Det er stiftet i 1863 og er dermed et af landets ældste museer uden for hovedstaden, kun otte år yngre end Den Antikvariske Samling i Ribe, der er ældst. I 1879 flyttede Aalborg Historiske Museum ind i en nyopført museumsbygning i Algade 46‑48 i centrum af Aalborg. Bygningen, der er finansieret af tilskud fra stat, kommune og private, husede længe både det historiske museum og Aalborg Kunstforenings samling. Først i 1972 ophørte lokalefællesskabet, da kunstforeningen flyttede ind i det nybyggede kunstmuseum. I dag lægger den gamle, men i år 2000 restaurerede museumsbygning rum til Nordjyllands Historiske Museums administration, til udstillinger om Aalborgs byhistorie og til skiftende særudstillinger. Et af klenodierne er den såkaldte Aalborgstue, en panelstue fra renæssancen, som uden sammenligning er landets bedst bevarede borgerlige interiør fra den tid. Et andet væsentligt tema handler om livet på fabriksgulvet i byens mange industrivirksomheder, dengang Aalborg var kendt som byen med de rygende skorstene.
I 1893 blev museumsbygningen forhøjet og forlænget, men først i 1992 flyttede dele af museet til nye fysiske rammer. Det skete med indvielsen af Lindholm Høje Museet, en nyopført udstillingsbygning på Lindholm Høje i Nørresundby, hvorfra der er en storslået udsigt til det kulturlandskab fra jernalderen, som udstillingerne fortæller om. Lindholm Høje Museet blev senere udvidet og viser i dag en bredere udstilling om oldtiden i Limfjordslandet.
At knytte formidlingen tæt til det sted, der fortælles om, er også den bærende ide bag en anden af museets afdelinger, Gråbrødrekloster Museet på en af Aalborgs travleste gågader. Midt på Algade kører en elevator 3 m ned under gadeniveau, og dér åbenbares ruinerne af Gråbrødreklosteret, skeletter fra kirkegårdene og mange fine fund fra vikingetidens og middelalderens Aalborg.
Ud over de nævnte afdelinger er også Apotekersamlingen en del af Aalborg Historiske Museum. Den har til huse på øverste etage af Jens Bangs Stenhus få hundrede meter fra museumsbygningen. Samlingen er kun åben i forbindelse med omvisninger.
I årene omkring Strukturreformen i 2007 fusionerede Aalborg Historiske Museum, i lighed med mange andre museer, med nogle af sine nabomuseer og museer i nabokommunerne, og derved opstod Nordjyllands Historiske Museum. Således blev det lille, ikkestatsanerkendte Hals Museum i 2004 en afdeling af Nordjyllands Historiske Museum. Museet i Hals ligger på Hals Skanse, et fæstningsværk fra renæssancen, som museet formidler viden om. Men Hals Museum fortæller også historien om Hals bys opkomst og udvikling, hvor Limfjorden har spillet en vigtig rolle.
I 2004 blev også Hadsund Egnssamling en afdeling under Nordjyllands Historiske Museum. I samme ombæring kom Havnø Mølle ind under museet, og i 2011 åbnede Møllehistorisk Samling i Hadsund. Endelig optog museet i 2009 Sydhimmerlands Museum i fusionen, og dermed blev Nordjyllands Historiske Museum tilført Hobro Museum (byhistorie), Boldrup Museum (landbrugshistorie), Cirkusmuseet i Cirkus Miehes vinterkvarter i Rold, Vikingecenter Fyrkat uden for Hobro og Lystfartøjsmuseet på havnen i Hobro. Både museet i Hadsund og Sydhimmerlands Museum var selvstændigt statsanerkendte museer frem til fusionen.
Det senest tilkomne museum er Mariager Museum, som indtil 2012 var et selvstændigt, foreningsejet og ikkestatsanerkendt museum. Det er planen, at Nordjyllands Historiske Museum i 2020 åbner den underjordiske bunker REGAN Vest for offentligheden.
