A principis del segle XX, les troballes de fòssils a les pedreres del Talladell, vora Tàrrega, a càrrec de Josep Fàbregas i l’estudi d’aquest material fet per Francesc Clua foren la base inicial d’un museu targarí. Així mateix, l’acció docent del pare escolapi Bernat Noguera i les seves prospeccions arqueològiques, al castell del Mor (Tàrrega), foren l’altre pilar on es recolzà aquest museu, ubicat a l’Escola Pia de la ciutat.

Durant la segona república, Àngel Oliveras proposà un projecte de museu que al final no es va poder fer realitat.

El pintor Magí Serés, col·laborador d’Agustí Duran Sanpere, salvaguardà el patrimoni museístic targarí.

L’any 1957 es constituí una junta administrativa del museu. El 1962, obrí les portes el museu amb dues sales: una al baixos de l’edifici de l’ajuntament i l’altra a l’entrada de l’antic palau dels Marquesos de la Floresta. A partir, d’aquell any el museu fou dirigit pel mestre Joan Tous, fins al començaments dels anys vuitanta. L’any 1969, el museu trobà aixopluc dins el Centre Comarcal de Cultura, dirigit per Ramon Novell.

El 1981 es signà el conveni de constitució del Museu Comarcal entre l’Ajuntament de Tàrrega i el Departament de Cultura de la Generalitat de Catalunya.