Το Μουσείο αποτελεί τον καρπό των πολύχρονων προσπαθειών των κατοίκων του χωριού της Νέας Κούταλης, που κράτησαν περίπου σαράντα χρόνια, από τη δεκαετία του 1960 ως τα εγκαίνια του μουσείου τον Ιούλιο του 2006 επί δημαρχίας Δ.Χ. Βουλγαράκη. Η υλοποίηση του Μουσείου χρηματοδοτήθηκε από την κοινότητα της Νέας Κούταλης, από το Δήμο Νέας Κούταλης, το κληροδότημα Γεωργίου Πετρίδη και την ευρωπαϊκή πρωτοβουλία «Leader». Το Μουσείο στεγάζεται σε ένα παλιό κοινοτικό κτίριο, που παλιότερα χρησιμοποιούνταν ως κοινοτικό ιατρείο και ανήκει στο Δήμο Λήμνου (παλαιότερο Δήμο Νέας Κούταλης). Το κτίριο ανακαινίστηκε, επεκτάθηκε και αναμορφώθηκε για να γίνει κατάλληλο να φιλοξενήσει την αρχαιολογική και τη νεότερη συλλογή του Μουσείου.
