1964년 한국 최초 구석기유적 발굴과 연구가 시작된 석장리 유적(사적, 1990년 지정)을 보존하고, 그 역사적인 의의를 후대에 알리기 위해 설립되었다. 인류 역사의 시작인 구석기 시대가 한반도에도 있었음을 체계적 연구를 통해 처음으로 밝혀 원시, 구석기라는 용어가 대중화 되는데 큰 역할을 했다. 석장리박물관은 구석기, 특히 석장리의 구석기에 대해 널리 알리고자 하였다.
석장리박물관이 건립되는 데는 한국 구석기의 시발점이 된 석장리유적을 빼놓을 수 없다. 석장리유적은 1964년 외국인 대학원생에 의해 뗀석기가 수습된 것이 발견의 계기가 되어 이후 30여 년간 12차례 연세대학교손보기에 의해 발굴, 연구되었으며 2010년 13차례 발굴이 진행된 바 있는 한국 구석기 연구의 시원이자 중심축이 되는 곳이다. 지속된 발굴로 연구 성과가 쌓이자 박물관 건립에 대한 의견이 높아졌고 1990년대 중반부터 추진된 박물관 건립의 노력은 2006년에 결실을 보게 되었다. 석장리박물관은 이후 파른손보기의 기념관을 건립하는 등 석장리유적을 기념하기 위한 노력을 지속하고 있다.
석장리박물관은 석장리유적 출토 석기 및 발굴 연구자료, 세계 구석기 유물 등 약 1만 여점을 소장하고 있다. 이 가운데 전시된 유물 및 자료의 수는 약 800여 점이다. 전시 주제는 구석기시대 인류의 진화, 도구 사용의 의미, 생활사 복원 전시, 석장리 발견과 연구의 의의, 석장리출토 석기, 석장리에서 탄생한 구석기 연구 방법, 어린이를 위한 구석기 전시 등 전체적인 구석기 속에서 석장리를 전달하는 테마로 구성되어 있다.
이뿐만 아니라 석장리 발굴과 연구에 공헌을 세운 손보기의 연구자료 등을 전시하는 기념관이 있으며 매년 1회 세계적인 구석기 유물을 선보이는 독특한 특별전을 개최해 주목을 받고 있다.
한반도의 가장 오랜 사람들을 세상에 증명한 석장리유적에 건립된 박물관으로서의 사명감을 가지고 유적지 보호, 보존에 그치지 않고 다양한 구석기 전시와 교육, 체험행사를 개최해 석장리와 한국 구석기를 널리 알리는 데 큰 기여를 하고 있다.