Черноморский историко-краеведческий музей был основан в 1987 году как филиал Евпаторийского краеведческого музея, а уже в 1992 году музей стал самостоятельной структурой.
Коллекция музея, рассказывающая о флоре и фауне, а также - об истории северо-западного Крыма, размещается в восьми залах.
В музее хранится более 6000 экспонатов – археологические находки с городищ Калос-Лимен, Беляус (находится на берегу озера Донузлав) и с других городищ Тарханкута.
В залах музея, посвящённых античности, размещены уникальные находки археологов. К таким относятся терракотовое изображение богини плодородия и земледелия Деметры. Всего в музеях мира имеется три лепных изображения богини Деметры: одно - в Черноморском музее, два – в Санкт-Петербурге.
Особая гордость Черноморского историко-краеведческого музея – уникальная коллекция древнегреческих амфор.
В музее также можно увидеть скифские и половецкие изваяния, а также - предметы культуры и быта населения края.
Есть залы, посвящённые Великой Отечественной войне, воинам-афганцам, а также - зал, посвящённый развитию газодобывающей промышленности района.
В 2001 году Черноморский историко-краеведческий музей был включён в состав Республиканского историко-археологического заповедника «Калос-Лимен».