낙동강유역의 문화를 집대성하여 효율적으로 보존 · 전시하고 향토 사료의 수집 · 조사 · 연구 · 정리 등을 통해 역사와 문화예술에 대한 고증 등 중심역할을 수행하며 나아가 시민들에게 널리 공개하여 문화 향수 증대 및 사회교육에 이바지하기 위해 설립되었다.
1973년 6월 27일 이 지방 출신인 사명대사(四溟大師)의 기념관으로 건립되었다. 그러나 사명 대사의 유품 수집이 난관에 부딪치게 되자 1974년 4월 15일 향토 박물관으로 활용키로 하고 부산에 거주하는 전진경(全鎭京)의 개인 소장품 293점과 밀양시 상남면 출신 김대하(金大河)의 소장품 39점을 기증받아 밀양군립박물관으로 다시 개관되었다. 1989년 1월 1일밀양시의 승격에 따라 시립 박물관으로 개칭되었고, 1993년 11월 20일 「박물관 및 미술관 진흥법」에 의거하여 밀양시립박물관으로 지정 등록되었다. 2000년 12월에는 밀양시립박물관 이전증축의 기본계획이 수립되었고 이에 따라 2008년 5월 30일 새로운 시립박물관이 완공되었다. 2008년 6월 20일에 이전 개관되었다.
대지면적 2만 5,231㎡, 연면적 5,289㎡, 지상 3층의 건물에 유물 진열실 5실와 독립운동기념관 등으로 구성되어 있다. 밀양시에서는 이곳을 시민들의 산 교육장으로 발전시켜 나가고, 향토 사료의 효율적인 관리를 위해 개인과 문중에서 소장하고 있는 주요 유물들을 기증받아 전시하고 있다. 또 시립 박물관의 운영 내실화와 효율적인 운영을 위해 박물관의 기능을 활성화하며, 시민들과 학생들을 대상으로 박물관학교를 개설, 국사 연구와 향토사를 연구하는데 활용토록 하여 명실상부한 시민들의 산 교육장으로 발전시켜 나가고 있다.
현재 소장 유물은 8,500여 점으로 주로 문집의 책판과 서화 종류가 주종을 이룬다. 특히 문집으로는 노상직(盧相稷)의 문집 1,013권, 김종직(金宗直)의 문집 44권 등을 포함하여 총 3,845점이 있다. 노상직 소눌문집 책판외 20종은 노상직이 1913년 망명지인 만주에서 돌아와 1931년 일생을 마칠 때까지 18년 동안 저술한 서적을 간행한 것으로 정치 · 사회 · 문화 · 역사 · 지리 · 경제 · 여성 · 교양 등 다방면에 걸쳐 저술되어 있다. 노상직 소눌문집 책판외 20종은 1979년 경상남도 유형문화재(현, 유형문화유산)로 지정되었다.
이외에 회화 작품으로 김홍도(金弘道)의 「선유도」, 장승업(張承業)의 「화조도」와 「송학도」, 조희룡(趙熙龍)의 「흑해도」, 양기훈(楊基薰)의 「백로도」, 이경홍(李慶弘)의 「밀양 십이경도 병풍」(경상남도 유형문화재, 1996년 지정), 조정규(趙廷奎)의 「군어도」 등이 있다.
서예 작품으로는 이황의 친필을 비롯하여 서병두 · 최규상 · 현변 · 서병오(徐丙五) · 김태석(金台錫) · 하동주 · 유창환(兪昌煥) · 윤용구(尹用求) · 오세창(吳世昌) 등 근대 명필들의 합작품인 10폭의 병풍 그리고 김구(金九) 및 김규진(金奎鎭)의 친필이 전시되어 있다.