부여의 상징적인 문화유적인 정림사지를 발굴 · 연구 · 관리 · 전시함으로써 백제문화를 재조명하고 지역주민의 문화 참여가 활발히 이루어지는 종합문화공간으로서 설립되었다.
정림사지는 일제강점기 이후 백제탑공원으로 이용되었으나 1979년부터 시작된 발굴조사에서 사지(寺址) 전모가 밝혀졌으며 1983년 3월 26일 사적으로 지정되었다. 이를 연구 · 관리 · 전시하기 위해 2006년 9월 29일 정림사지전시관으로 개관하였다. 이후 2008년 5월 2일 1종 전문박물관으로 등재되어 현재 정림사지박물관에 이르고 있다.
상설전시관 2관(백제불교문화관, 정림사지관), 특별전시실 1실, 야외전시실에 유물을 전시하고 있다. 연구사업으로 백제문화 관련 사업을 추진 중에 있으며 매년 2∼3차례의 특별전시를 운영하고 있다.
교육사업으로 다문화가정 문화유적 답사 및「고도보존에 관한 특별법」예정지구의 존손가정 청소년을 대상으로 돌보미사업을 운영하는 등 지역박물관의 교육적 기능을 수행하고 있다.
2011년 당시 조직은 (재)부여군문화재보존센터(현, 백제역사문화연구원) 문화사업부 아래에 박물관운영과 문화사업분야로 구성되어 시설관리 및 방호, 소장유물 및 수장고 관리, 유물구입 · 대여 · 기탁 · 유물보존처리 · 문화상품기획 등의 업무를 분담하고 있다.
정림사 가람에 순응하여 효율적 부지이용 및 관리운영을 원칙으로 정림사지의 상징성을 부각할 수 있는 형태 및 외부공간으로 조성되었다. 전시관 대지(약 800평)를 제외한 나머지 17,000평 대지에는 사적지 경내 경관의 이미지와 부합하는 정적 공간으로 구성되어 있다. 건물의 조형은 만(卍)자 형식의 기하학적 요소를 도입하였으며, 중정(中庭)을 포함하고 있다.
약 천여 점의 소장품을 소장하고 있으며, 1983년 사적으로 지정된 정림사지와 1962년 국보로 지정된 정림사지오층석탑, 1963년 보물로 지정된 석조여래좌상을 관리하고 있다.
상설전시관인 백제불교문화관에서는 백제의 불교전래와 백제의 탑, 사원, 불상 등이 전시되고 있으며 정림사지관에서는 정림사지 출토유물을 관람할 수 있다.
백제 문화 재조명을 위해 노력하고 있으며, 부여 지역의 전통문화에 관한 종합 사회교육시설로서의 역할을 수행할 수 있도록 제반시설의 확충, 전시자료의 보완, 사회교육의 활성화를 꾀하고 있다.