Mit einem Geschenk aus Wien - einer zylindrischen Säulchensonnenuhr - beginnt am 13. Juni 1564 die Zittauer Sammlungsgeschichte. Wissenschaftliche Instrumente, Kunstwerke, Naturalien und Kuriositäten fügten sich in der Folge mit Handschriften und Büchern zu einer der ersten öffentlichen Sammlungen Mitteleuropas zusammen. 1709 erhielt die Kunst- und Wunderkammer der Zittauer Ratsbibliothek dafür einen eigenen repräsentativen Ausstellungssaal im so genannten Heffterbau am ehemaligen Franziskanerkloster. Damit gehören die Städtischen Museen Zittau zu den ältesten bürgerlichen Museen Mitteldeutschlands. Als eigene Institution und damit als erstes Stadtmuseum Sachsens wurde die Institution 1854 gegründet. Zu den bis heute großenteils erhaltenen Beständen der barocken Raritätensammlung gesellten sich die vom Zittauer Historiker Christian Adolph Pescheck zusammen getragenen Altertümer. Sie wurden ständig erweitert und umfassen heute eine umfangreiche regionalgeschichtliche und volkskundliche Sammlung mit über 40.000 Objekten. Neben bedeutenden Beständen an bildender und angewandter Kunst vom 14. Jahrhundert bis in die Gegenwart gehören beachtliche Kollektionen Numismatik und Militaria dazu. Einzigartig in Deutschland und Europa sind insbesondere die beiden Zittauer Fastentücher von 1472 und 1573, die zur Verdeutlichung ihres Alleinstellungsmerkmals eigene große Ausstellungsvitrinen und -räume erhielten. Bedeutende Bestände sind weiterhin die Sammlungen sakraler Malerei, Plastik, Grafik sowie liturgischer Objekte, die durch die 'Sammlung Wolfgang Sternling' zum Thema 'Kreuz' eine wesentliche und reiche Erweiterung erfahren haben. Die reichen Bestände an Zittauer Zinn (darunter die herausragende Maurerkanne von 1562), an sächsischem und böhmischem Glas, Zittauer Fayencen, Spielzeug, Möbeln sowie Bildender Kunst haben ihren neuen Platz zu wesentlichen Teilen 2013 in den 'Zittauer Lebensräumen' gefunden , darunter auch Zunft- und Rechtsaltertümer.

Seit 2011 informieren die 'Zittauer Sternstunden' im Eingangsbereich des Museums über entscheidende Zäsuren der über 750-jährigen Geschichte Zittaus.

Anlässlich des 500-jährigen Jubiläums der Reformation im Jahr 2017 möchten Stadt und Museum mit einer großen Ausstellung auf ihren reichen Schatz an Sepulkralkultur und Epitaphien (Begräbnistafeln) aufmerksam machen.