Jednym z pierwszych obiektów na Wzgórzu Katedralnym we Fromborku, w którym zorganizowana została ekspozycja muzealna, była Wieża Kopernika. Rosnąca popularność wielkiego astronoma zaowocowała utworzeniem w 1912 r. na górnym piętrze wieży, zajmowanej w XVI w. przez Kopernika, niewielkiego muzeum czy raczej izby pamięci poświęconej uczonemu. Inicjatorem i twórcą ekspozycji był Eugen Brachvogel, warmiński historyk i wikariusz katedralny. Przygotowując ekspozycję w wieży, zlecił warsztatowi stolarskiemu Gustawa Kostki w Bisztynku wykonanie drewnianych instrumentów: trikwetrum, kwadrantu i astrolabium pierścieniowego, na podobieństwo tych używanych przez Mikołaja Kopernika.

Powojenna historia Muzeum rozpoczyna się w 1948 r., kiedy to uroczyście otwarto Muzeum Mikołaja Kopernika we Fromborku jako wyraz hołdu złożonego astronomowi. Frombork jawił się wówczas jako miejsce predestynowane do utworzenia naukowo-kulturalnej instytucji poświęconej Kopernikowi, gdyż nie tylko spędził tu on większość życia i stworzył swoje największe dzieło, ale też zachował się tutaj wspaniały zespół architektoniczny pamiętający jego czasy. Dziś Muzeum Mikołaja Kopernika we Fromborku jest jedyną na świecie instytucją muzealną, której patronuje Mikołaj Kopernik.

Muzeum zostało powołane do życia jeszcze w cieniu wojny, bo zaledwie trzy lata po jej zakończeniu. Stało się to dzięki staraniom Związku Zawodowego Historyków Sztuki i Kultury, który z inicjatywy profesora Stanisława Lorentza (wówczas dyrektora Muzeum Narodowego w Warszawie) powołał w maju 1947 r. tzw. Komitet Fromborski. Profesor Lorentz sprowadził do Fromborka Ottona Ślizienia, który został kierownikiem fromborskiego muzeum (funkcję tę sprawował w latach 1948–1952 oraz 1957–1966). Za jego kadencji postępował długi i skomplikowany proces podnoszenia z ruin zabudowy Wzgórza Katedralnego. Odbudowa ciągnęła się aż do jubileuszowego roku 1973, czyli pięćsetnej rocznicy urodzin Mikołaja Kopernika. Pierwsza ekspozycja muzealna powstała jednak już w 1948 r. 5 września udostępniono zwiedzającym dwa wyremontowane budynki kanonii wewnętrznych (kanonię Najświętszej Maryi Panny Wniebowziętej oraz tzw. Dom Kustosza). W ciągu pierwszych dwudziestu lat istnienia Muzeum prezentowana była jedna wystawa stała poświęcona Mikołajowi Kopernikowi. Sytuacja zmieniła się dopiero w 1970 r., kiedy to ekspozycje muzealne przeniesiono do odbudowanego i przystosowanego do celów muzealnych dawnego pałacu biskupiego.

Muzeum Mikołaja Kopernika od początku swojego istnienia gromadzi zabytki związane z postacią tego genialnego uczonego oraz przejawami upamiętniania go na przestrzeni wieków. Wyjątkowe miejsce w muzealnych zbiorach zajmują obiekty pochodzące z epoki Mikołaja Kopernika, w tym zabytki archeologiczne. Zbiór ten, pozyskany został podczas wieloletnich badań wykopaliskowych prowadzonych na terenie Fromborka. Zainteresowania badawcze i profil wielodziałowej fromborskiej placówki, której zbiory liczą tysiące zabytków, wykraczają jednak poza szeroko pojętą tematykę kopernikańską. W czasie 75 lat swojego istnienia Muzeum zgromadziło pokaźny zbiór różnoczasowych zabytków z zakresu sztuk plastycznych, rzemiosła artystycznego, wspomnianych artefaktów archeologicznych, a także obiektów związanych z historią nauk, jak również z historią fromborskiego Wzgórza Katedralnego oraz całego regionu Warmii. W zasobach Muzeum znajdują się także kolekcje szczególne, wyjątkowe nie tylko w skali regionu, ale też świata, jak np. zbiory z zakresu historii medycyny, sztuki witrażowej czy historii ogrzewania.

W ciągu 75 lat swojego istnienia Muzeum Mikołaja Kopernika przebyło drogę od skromnej placówki, posiadającej niewielki zbiór zabytków, składający się głównie z depozytów i kopii, do profesjonalnej, wielodziałowej instytucji muzealnej z zasobami liczącymi tysiące zabytków. Instytucja składa się aktualnie z następujących działów naukowych: Dział Sztuki i Rzemiosła Artystycznego (w tym gabinet numizmatyczny), Dział Historii Astronomii, Dział Historii Medycyny, Dział Edukacji – Planetarium i Park Astronomiczny, Dział Dokumentacji, Dział Biblioteka i Stare Druki.

Obecnie Muzeum zajmuje kilka budynków w zespole Wzgórza Katedralnego, z czego do celów wystawienniczych służy dawny pałac biskupi oraz Wieża Kopernika. Muzeum Mikołaja Kopernika zajmuje także pomieszczenia przyziemia Wieży Radziejowskiego, gdzie mieści się planetarium działające tu od 1973 r. Tam, na kopule sztucznego nieba o średnicy 8 m, przy pomocy aparatury ZKP-2 firmy Zeiss wyświetlane są obrazy ciał niebieskich widocznych z dowolnej szerokości geograficznej o dowolnej porze dnia i roku. Do Muzeum należą także dwie kanonie wewnętrzne: Najświętszej Maryi Panny Wniebowziętej i Dom Kustosza z przylegającą do niego Basztą Kustodii, które zajmuje muzealna biblioteka oraz pracownie, gabinety i magazyny, a także wschodnia część tzw. wikariatu oraz brama południowa.

Budynki Muzeum umiejscowione są także poza kompleksem fromborskiego Wzgórza Katedralnego. W obrębie miasta, przy ul. Starej, leży podniesiony z ruiny zespół poszpitalny św. Ducha. Jest to jedyny zachowany w Polsce zabytek szpitalnictwa, który w niezmienionym kształcie zachował się od końca XVII w. Od 1989 r. mieści się tam muzealny Dział Historii Medycyny, gdzie prezentowane są zabytki z zakresu historii medycyny, a także organizowane liczne wystawy czasowe związane z tematyką śmierci, chorób czy cielesności. Przy zespole poszpitalnym mieści się także dostępny dla zwiedzających ogród zielny. Na tzw. Górze Żurawiej, oddalonej od Fromborka ok. 2 km, mieści się z kolei Park Astronomiczny, gdzie znajdują się obserwatorium i muzealny Dział Edukacji, popularyzujący astronomię i jej historię. Park Astronomiczny powstał poprzez rozbudowę istniejącego tu od 1980 r. Obserwatorium Astronomicznego stworzonego staraniem miłośników astronomii. W latach 2012–2016 urządzono tu siedem pawilonów z optycznymi instrumentami astronomicznymi, trzy tarasy obserwacyjne i dwa budynki z salą dydaktyczną i pracowniami. W pawilonach umieszczono cztery historyczne instrumenty – teleskopy marki Sendtner i Repsold, instrument przejściowy Bamberga oraz kamerę satelitarną.

Muzeum dysponuje obecnie ok. 1200 m2 powierzchni wystawienniczej (2018 r. było jej ok. 1500 m2). W latach 1948–1970 udostępniana była tylko jedna wystawa stała związana z postacią Mikołaja Kopernika, natomiast w latach 1970–2022 przygotowano i udostępniono 270 wystaw stałych i czasowych. Szczególnie ważne są wystawy poświęcone zasłużonemu astronomowi: Mikołaj Kopernik – życie i dzieło – ekspozycja stała, prezentowana od 1973 r. w dawnym pałacu biskupim, zmodernizowana w latach 2010 i 2023 r., a także prezentowane od lat 80. w Wieży Kopernika wystawy, wyobrażające domniemaną pracownię astronoma. W 2023 r. zorganizowano w Wieży Kopernika ekspozycję Świat Kopernika, prezentującą zarówno gabinet uczonego i jego sypialnię, jak i kuchnię z czasów astronoma.

W ciągu 75 lat swojego istnienia Muzeum ogłosiło drukiem 70 publikacji. Co więcej, wydaliśmy również pięć medali projektu wybitnej medalierki Ewy Olszewskiej-Borys, 22 grafiki okolicznościowe (w tym kilkanaście projektu łódzkiego artysty Zbigniewa Janeczka), liczne informatory, plakaty i płyty kompaktowe z muzyką organową. W ciągu 75 lat jego istnienia Muzeum Mikołaja Kopernika odwiedziło prawie 9 milionów osób, dla porównania: w 1948 r. – 873 osoby, zaś w 1977 r. – 275 464 osób (najwięcej w historii instytucji).