Muzej Velenje ima sedež v  Velenjskem gradu, ki je znan kot  eden najlepše ohranjenih slovenskih gradov.  Velenjski grad se v zgodovinskih virih prvič omenja leta 1270, današnjo podobo pa je dobil v 16. stoletju, ko so ga tedanji lastniki popolnoma prenovili in napol trdnjavsko zasnovan grad spremenili v renesančno rezidenco. Po drugi svetovni vojni je grad prešel v družbeno premoženje, in veliko notranje opreme je bilo uničene, stavba je začela propadati. Po drugi svetovni vojni je grad prešel v last splošnega družbenega premoženja, v njem so bila najprej stanovanja za rudarje in njihove družine. 3. novembra 1957 je bila v Velenju na pobudo velenjske podružnice Društva rudarskih in metalurških inženirjev in tehnikov svečano podpisana ustanovna listina Muzeja slovenskih premogovnikov. Za njegov sedež so določili prostore na Velenjskem gradu, kjer je sedež Muzeja Velenje še danes. Danes Muzej Velenje s svojim delovanjem pokriva območje treh občin Šaleške doline (Velenja, Šoštanja in Šmartnega ob Paki), obiskovalcem pa na Velenjskem gradu ponuja na ogled deset stalnih muzejskih in galerijskih razstav ter vedno tudi kakšno zanimivo občasno razstavo. Poleg zbirk, ki obiskovalca popeljejo skozi lokalno zgodovino, vsekakor velja izpostaviti še Afriško zbirko Františka Foita, eno od treh najpomembnejših afriških zbirk na slovenskih tleh, ter zbirki ostankov mastodonta in sodobne slovenske umetnosti.

Muzej Velenje je v letih svojega delovanja pod svoje okrilje pridobil še osem dislociranih enot. Muzej usnjarstva na Slovenskem v Šoštanju v prijetnem ambientu pripoveduje zgodbo o usnjarjih, industrialcih in nekdanjem življenju v Šaleški dolini, biser slovenske kmečke arhitekture je zagotovo okoli 300 let stara Kavčnikova domačija v Zavodnjah nad Šoštanjem, viničarska Grilova domačija z zelenjavnim in zeliščnim vrtom, s čebelnjakom, sadovnjakom in z vinogradom stoji v Lipju pri Velenju, Hiša mineralov v Starem Velenju, hrani več kot pet tisoč mineralov z vsega sveta, Spominski center 1991 predstavlja Šaleško in Zgornjo Savinjsko dolino v procesih osamosvajanja Republike Slovenije, F-Bunker, ki krepi in promovira lokalno fotografsko sceno, del muzeja pa sta tudi spominski sobi v Topolšici in na Graški gori. Spominska soba v Topolšici je posvečena podpisu delne nemške kapitulacije 9. maja 1945, spominska soba in spominski park na Graški gori pa legendarni partizanski 14. diviziji.