Историческият музей в Стара Загора се намира в центъра на града. Във фонда му се съхраняват хиляди важни обекти, които проследяват историята на града и региона от VI хилядолетие пр.Хр. Специална карта показва наличието на повече от 120 праисторически могили открити в и около самия град Стара Загора (5 на брой). Много обекти от тези могили открити при археологически разкопки и са експонирани в музея.
Районът е завладян от римляните през 46г. преди христа. През 107г., след победата над даките, император Траян, преминаващ в района, решава да построи град на същото място по римски образец наричан Августа Траяна. Градът се радва на огромна регионално значение, като се ползва със статут на полуавтономен град и има свой съвет и народно събрание. От този период, музеят има впечатляваща колекция от стъклени предмети, бронзови лампи, статуи, бижута, монети. Музеят е основан на част от главната улица на римски град, който свързва Южната и Северната порта на града. Тази част може да бъде посетена в приземното ниво на музея, на мястото, където е била намерена. Улицата, 6 метра широка, от двете и старни има каменни тротоари, широки единадесет метра.
Другите музейни зали проследяват историята на града през следващите периоди, през Средновековието, Възраждането до времето на големия пожар през 1877г., който го разрушава почти изцяло. През лятото на 1877г. около града се води една от най-големите битки по време на Руско-турската война от 1877-1878г.. Въпреки смелостта и героизма на руските войски и българските опълченци, градът е превзет от османските войски и опожарен. След Освобождението, на 5 Октомври, през 1879г. започва възстановяването на града. Тази дата се превъръща в празник на града, възроден от пепелта за нов живот.