На 20 октомври 1961 г., по инициатива на Градското народно читалище „Паисий Хилендарски“, в сградата на читалището, се учредява историко-археологическа музейна сбирка. Основоположник на първата експозиция на Исторически музей – Балчик е Клара Петкова.
Експозицията е разположена в сграда, построена през 1907 г. по проект на австрийски архитект за общинско и околийско управление. През 1928 г. е извършена реконструкция на фасадата по проект на румънския архитект Хенриета Делавранча-Жибури. От 1959 до 1965 г. сградата е използвана за читалище и градска библиотека. Трансформирането на музейната сбирка в държавен музей се извършва на 2 април 1969 г.
Посетителите на музея имат възможност да се докоснат до културни ценности от праисторията, античността и средновековието на град Балчик. В експозиционните зали са разположени артефакти от елинистическия и римския период на Дионисополис (дн. Балчик). В трета зала са разположени намерените от Храма на Кибела надписи, фрагменти от надписи, мраморна пластика, отразяващи религиозния и обществен живот в Дионисополис. Като брой и разнообразие това е най-голямата група движими паметници, свързани с култа към майката на боговете.
В експозиционните зали са експонирани редица каменни брадвички и чукове, кремъчни стъргалки и др. сечива, които са неоспоримо доказателство за съществуването на селище на територията на дн. град Балчик още през новокаменната епоха 6 000 г. пр. Хр. Носители на култура от следващата епоха са траките. Те са оставили сравнително оскъдни материали, засега само керамични фрагменти.
Балчик е основан от гръцки колонисти преди повече от 26 века. Първото му име Круни е свързано с множество карстови извори, намиращи се в района. Следващото наименование на дн. Балчик е Дионисополис. Монетите, сечени в този период, със своите изображения сочат като важни отрасли на градската икономика земеделието и лозарството.
От римския период, на територията на днешното летище, е открита римска колесница, която може да се види във втората експозиционна зала на музея. Тя е двуколна, с желязна седалка и бронзови украшения: орлета, ръце, бюст на роб и Дионис. Колесницата вероятно е принадлежала на знатен военачалник от Дионисополис. По това време градът достига своя най-голям икономически разцвет.
От същият период е макета на гробницата на римски лекар – жрец от II в., която е открита на територията на Балчик през 1907 г. Богатата и интересна находка от бронзови битови предмети и хирургически инструменти е от изключително значение за града. Те показват, че още тогава на тази територия са се извършвали хирургически операции. Това откритие дава повод да се достигне до идеята за създаване на музей в Балчик.
Днес във фондовете на музея се съхраняват 20 000 архивни единици.
