Современное название музей носит с 1998 года. Острогожский историко-художественный музей имени И.Н. Крамского с 1910 года располагается в здании, являющемся памятником архитектуры 2-й половины XIX века (второй этаж для размещения галереи был надстроен в 1910 году по проекту Н.И. Крамского).

Художественная коллекция формировалась при участии императорской Академии художеств, семьи И.Н. Крамского, а также художника И.Е. Репина, M.Л. Щербатова, Л.Г. Соловьева. В 1907 году в дар галереи передали свои работы А.И. Куинджи, В.Д. Поленов, Н.А. Ярошенко и другие.

После 1917 года собрание пополнялось за счет поступлений из национализированных помещичьих усадеб, реквизированных домовладений и церковных ценностей, позднее - из Государственного музейного фонда. В 1941 году около 70 единиц хранения вместе с коллекцией Воронежского областного музея изобразительных искусств были эвакуированы в город Омск. Большая часть фондов (произведения живописи, графики и скульптуры, учетная документация, библиотека в составе около 5 000 томов) погибла или была расхищена в период оккупации Острогожска гитлеровцами (1942-1943).

В настоящее время в основном фонде музея числится 18 500 единиц хранения (живопись, графика, скульптура, произведения декоративно-прикладного искусства, нумизматика, художественная мебель, керамика и западно-европейский фарфор и друге экспонаты). Представлены работы русских мастеров живописи 2-й половины XIX - начала XX веков: И.К. Айвазовского, Е.М. Бем, Е.Е. Волкова, Н.Д. Дмитриева-Оренбургского, А.И. Корзухина, Н.А. Кошелева, И.Н. Крамского, С.И. Крамской-Юнкер, В.Е. Маковского и других художников.

В собрании имеются произведения некоторых Воронежских художников, в том числе Острогожских уроженцев. Музей ведет активную выставочную, издательскую, лекционную деятельность совместно с Воронежским областным художественным музеем имени И.Н. Крамского и другими музеями страны.