พิพิธภัณฑ์เมืองอุดรธานีจัดตั้งขึ้นในอาคารราชินูทิศ ซึ่งเป็นอาคารเก่า สร้างขึ้นในสมัยรัชกาลที่ 6 จัดเปิดทำการให้บริการแก่ประชาชนเข้าเยี่ยมชมตั้งแต่วันที่ 18 ม.ค. 2547 ซึ่งเป็นวันคล้ายวันสถาปนาจังหวัดอุดรธานี
พิพิธภัณฑ์เมืองอุดรธานี จัดตั้งขึ้นในอาคารราชินูทิศ ซึ่งเป็นอาคารเก่าแก่ สร้างขึ้นในสมัยรัชการที่ 6 ตั้งอยู่ริมถนนโพศรี ใกล้วัดโพธิสมภรณ์ ตัวอาคารสร้างขึ้นเมื่อ พ.ศ. 2463 โดยดำริพระยาศรีสุริยราชวรรานุวัตร สมุหเทศาภิบาล สำเร็จราชการมณฑลอุดร คุณหญิง ข้าราชการ พ่อค้าและประชาชนในจังหวัด เพื่อใช้เป็นอาคารเรียนสำหรับโรงเรียนนารีอุปถัมภ์ สร้างเสร็จเมื่อ พ.ศ. 2468
ต่อมาพระบาทสมเด็จพระมงกุฏเกล้าเจ้าอยู่หัวโปรดเกล้าฯ พระราชทานนามโรงเรียนขึ้นใหม่ว่า “ราชินูทิศ” จึงเป็นชื่อเรียกอาคารหลังนี้สืบมา อาคารราชินูทิศได้ใช้เป็นอาคารสำนักส่งเสริมวัฒนธรรมหญิง เมื่อ พ.ศ. 2473 และเมื่อปี พ.ศ. 2503 ใช้เป็นสำนักโครงการพัฒนาการศึกษาส่วนภูมิภาค จนต่อมา พ.ศ. 2516 ได้ใช้เป็นอาคารสำนักงานศึกษาธิการเขต เขตการศึกษา 9 และสำนักงานวัฒนธรรมจังหวัดอุดรธานี และในปี พ.ศ. 2547 จังหวัดอุดรธานีได้มอบหมายให้เทศบาลนครอุดรธานีเป็นผู้ดูแลรักษา
อาคารราชินูทิศเป็นอาคาร 2 ชั้น ก่อด้วยอิฐถือปูน รูปทรงแบบตะวันตก หลังคาทรงปั้นหยา หน้าต่างโค้ง มีมุขยื่นออกมาด้านหน้าซุ้มประตู ปัจจุบันได้ปรับปรุงอาคารดังกล่าวนี้เป็นพิพิธภัณฑ์เมืองอุดรธานี จัดแสดงเรื่องราวต่างๆเกี่ยวกับจังหวัดอุดรธานีนับตั้งแต่ประวัติศาสตร์ โบราณคดี ธรรมชาติวิทยา ธรณีวิทยา ประวัติศาสตร์ท้องถิ่น และศิลปวัฒนธรรม รวมถึงพระประวัติและพระเกียรติคุณของกรมหลวงประจักษ์ศิลปาคม ผู้ก่อตั้งเมืองอุดรธานี เปิดทำการให้บริการแก่ประชาชนเข้าเยี่ยมชม ตั้งแต่วันที่ 18 มกราคม 2547 ซึ่งเป็นวันคล้ายวันสถาปนาจังหวัดอุดรธานีที่ชาวเมืองได้จัดงานเฉลิมฉลองครบ รอบ 111 ปี