충북지역의 문화유산을 조사, 연구, 전시하고 다양한 문화교육 프로그램을 통하여 중원문화의 특색을 조명하고자 1987년 10월 30일 개관하였다. 또한 복합문화공간으로 2004년 10월 8일 문을 연 청명관은 어린이박물관과 기획전시실, 첨단 영상시설이 갖추어진 강당 및 카페테리아 등 이용자들에게 더욱 다채로운 문화생활의 기회와 편안한 휴식공간을 제공하고 있다. 그리고 2007년 3월 30일 개관한 정보자료관은 소장도서 1만 3,300여 점과 영상자료 700여 점 등 총 1만 4,000여 점의 다양한 자료를 구비하여, 지역주민과 관람객들에게 문화학습 공간과 학술정보 제공 기능을 함께하고 있다.
상설전시실에는 충청북도에서 출토된 선사시대부터 조선시대에 이르는 유물을 시대별로 전시되어 충북지역의 역사와 문화를 살펴볼 수 있게 하였다. 야외에는 진천 석장리 유적에서 조사된 백제시대의 제철로와 청주 용담동 유적의 통일신라시대 무덤을 복원, 전시하고 있다.
그리고 매년 다양한 주제의 특별전시를 비롯하여 관람객과 박물관의 문화적 공감대를 형성하기 위한 각종 사회 교육을 실시하고 있다. 일반인을 대상으로 한 ‘문화공개강좌’는 특별 전시와 관련된 일정한 주제로 강연과 유적 답사를 병행하여 지역민의 문화에 대한 욕구를 충족시키고 있다. 또한 어린이들의 예술적 재능과 창의력을 키워주고 전통 문화와 국가유산을 사랑하는 마음을 갖도록 하기 위해 매년 5월에 ‘어린이 문화재 그리기 대회’ 및 ‘우수작 전시회’를 개최한다. 그리고 전통 공예품 제작을 바탕으로 잊혀 가는 옛 문화를 실제 경험을 통해 배우는 ‘엄마와 함께 하는 어린이 공예교실’은 엄마와 아이가 자연스럽게 서로의 친밀감과 애정을 확인할 수 있는 강좌로 여름 · 겨울 방학 중에 실시된다.
발굴 조사로는 금강 상류 지역에 대한 지표 조사와 청주신봉동고분 · 청원쌍청리주거지 · 진천석장리철생산 유적에 대한 발굴 조사를 실시하여 이 지역의 문화상을 구명하는 데 노력하고 있다. 그리고 충청북도 지역에서 출토되는 국가귀속매장유산을 관리하고 있다.
조직은 관장 아래에 계약 · 예산 관리, 서무업무와 청사 및 시설관리 등의 업무를 담당하는 기획운영과와 상설전시 및 특별전시, 학술조사, 보존과학 및 환경 운영관리, 소장유물관리 등을 담당한 학예연구실로 나뉘어 업무를 분담하고 있다.
면적 1만 9,159평, 건물 2,107㎡에 소장유물 8,200여 점이 있다. 이 중 4개의 상설 전시실에는 시대적 흐름에 따라 구석기시대부터 조선시대까지 충청북도 지역에서 출토된 2,300여 점의 유물을 전시하고 있다.
선사문화실에는 단양수양개유적(구석기), 창원쌍청리주거지(신석기), 제천황석리 고인돌과 충주하천리 고인돌(청동기) 등의 선사시대 유물이 전시되어 있으며 고대문화실에는 진천송두리 · 청주송절동 · 충주하천리 무덤(원삼국), 청주신봉동무덤(백제), 단양하리 · 청원미천리 · 충주누암리 무덤(신라) 등에서 출토된 유물을 볼 수 있다. 고려문화실에는 계유명전씨아미타불비상(국보, 1962년 지정), 기축명아미타불비상(보물, 1963년 지정) 등 국가 지정유산 4점과 세계 최초로 금속 활자를 주조한 청주흥덕사지를 비롯한 청주사뇌사지 · 충주미륵리사지 등 고려시대의 절터 유물 등이, 조선문화실에는 분청사기에서 청화백자까지의 조선 자기와 고려 이후의 인쇄 관련 자료 등이 전시되어 있다.
개관 이듬해부터는 ‘한국고인쇄문화’, ‘한국출토 중국자기’, ‘삼국시대 마구’, ‘김연호 수집문화재’, ‘국립박물관소장 한국의 동경’, ‘이인문 산수화’, ‘한국, 100개의 자화상’, ‘백제용봉대향로와 창왕명사리감’, ‘철의 역사’ 등의 특별전을 매년 개최하였다. 그리고 별관 전시실을 이 지역 문예 작가들에게 무료로 빌려 주어 지역 문화의 활성화를 도모하고 있다.