교육자료의 보존과 평생교육 기능의 강화를 목적으로 대전에서 가장 오래된 대전삼성초등학교(1938년 준공) 교사(校舍)를 박물관 전시실로 개조하여 1992년 개관하였다. 2002년 8월 23일 박물관 건물이 대전광역시 문화재자료(현, 문화유산자료)로 지정되었다.
박물관은 9개의 전시실과 4개의 전시코너, 안내실, 사무실, 관장실, 자료실, 휴게실, 수장고 등을 갖추고 있다. 각 전시실에는 시대별 교육장소인 서당, 필방, 서원, 초등학교 등을 실사 모형으로 전시하고 있으며, 훈민정음, 천자문, 교과서 등의 교육서적과 필기구를 전시하고 있다. 이 밖에 선비의 서안, 책궤, 평상, 사방탁자, 백립과 여인의 장신구, 경대, 다듬잇돌, 가마, 화장품 등의 생활용품도 전시하고 있다.
사회교육으로는 신임교사연수, 근대건축문화기행, 초등학생 역사문화 탐구교육, 다문화가족과 함께하는 문화교실, 오감으로 즐기는 우리문화교실, 자녀와 함께하는 학부모 교실, 박물관아카데미, 찾아가는 박물관 등 학생, 학부모, 교사를 대상으로 다양한 프로그램을 운영하고 있다.
아울러 상설체험으로 절구, 맷돌, 쟁기 등이 있는 농기구 전시장과 투호, 비석치기, 제기차기 등을 할 수 있는 민속놀이 체험장, 에듀코어 포토존, 야생화 및 화훼 관찰 학습장 등을 운영하고 있다.