2005年4月12日，十堰市副市长刘国新在市体育中心召开会议，确定十堰市博物馆新馆地址为北京北路黄花寨。 同年6月27日，十堰市博物馆新馆在北京北路黄花寨奠基。十堰市委副书记、市长陈天会、十堰市委副书记关小兰、十堰市人大副主任陈冬芝、十堰市副市长刘国新、十堰市政协副主席朱世雄、湖北省文物局副局长黎朝斌等出席暨奠及开工仪式。

2005年9月3日，十堰市博物馆新馆主体楼正式开工。

2006年4月，十堰市编委文件批准，十堰市博物馆提升为副县级事业单位。

2007年1月16日，十堰市博物馆迁址北京北路91号新馆。

2007年7月1日，十堰市博物馆新馆全面建成，加挂“湖北南水北调博物馆”牌子，并对外开放。馆长胡勤。

十堰市博物馆占地面积2333平方米、建筑面积11540平方米。其中陈列展览部分为5088平方米，综合、库房部分占3000平方米。

十堰市博物馆建筑共三层，按功能分为陈列展览区、综合服务区两大部分。一层为综合服务区，设办公区、文物库房区、接待区，分别有独立入口。二、三层为陈列展览区，观众通过广场大台阶由入口上至二层平台后进入展厅，展厅左侧为服务台，右侧为展厅长廊，二者与建筑主体相互环绕合成个棱形室外庭院。

十堰市博物馆陈列展览区别于编年史馆的博物馆，采用主题展览的形式，提炼该地历史文化特色，开设《走进恐龙时代》《远古人类家园》《仙山琼阁武当山》《十堰与水》和《车与十堰》五个基本展览和《南水北调湖北库区出土文物》展。艺术性的采用声光电等高科技、多互动、大场景的现代陈列展示方式和手段，多角度展示出十堰绚丽多彩的史前文化、古人类文化、水电文化、汽车文化和武当文化。

十堰市博物馆外观设计以人的抽象眼睛作为构图。从空中俯瞰十堰博物馆犹如穿透十堰历史的“眼睛”，融入了十堰市特有的武当道教文化和汽车文化元素，既象征着武当太极八卦“阴阳鱼”，又是东风汽车商标形状。建筑外墙以石为主，使用石材体现博物馆特有的厚重与深沉；人行通道与休息区配以新颖的大面积点式玻璃幕墙，石材幕墙与玻璃幕墙之间建筑弧线相互咬合交叉，虚实的强烈对比，象征着武当山道教文化中的太极图案；北侧最大的陈列室弧形略微倾斜的墙屋面，发散状的纹理体现了中国传统建筑的外形元素。

十堰市博物馆馆藏各类文物藏品3万余件，涉及古生物化石、石器、玉器、青铜器、陶瓷器、金银器、骨器、书画、钱币、造像等十余个种类，藏有旧石器时代手斧、春秋第一玉剑、汉代陶锅等珍贵文物。

截至2009年底，十堰市博物馆有馆藏文物33061件/套，其中一级文物16件，二级文物31件，三级文物71件，共计118件。

截至2019年末，十堰市博物馆有藏品2004件/套，珍贵文物134件/套。

十堰市博物馆建有专门的文物库房和配备相应的保护设施，严格按照《藏品管理办法》的各项规定进行管埋。凡是具有历史、艺术或科学价值的一、二、三级藏品，经省级文物鉴定委员会专家组的严格鉴定，均建立文物藏品档案和电子文本；藏品的保管工作做到制度健全、账目清楚、鉴定确切、编目详明；并对一些破损藏品器物进行修复保存；库房内配备必要的温、湿度计、恒温计以及安全防火器材。按照《博物馆风险等级和安全防护级别》规定要求，馆内设立安全保卫科，24小时值班制，完善《消防安全部24小时工作流程》和《保安值班24小时工作流程及规范》。安装了火灾自动报警、消防联动控制系统、防盗报警和闭路监视系统，制定《免费开放管理办法》《观众参观须知》《消防安全部工作流程及规范》和《协警保安工作流程及规范》，完善防火、防盗、防震以及防雪灾、冰雹等突发事件的应急预案，落实消防安全管理制度、交接班制度、来访人员登记制度等日常工作中加强检查和演练工作。定期对消防安全设施安全隐患进行排查，发现问题及时整改。

十堰市博物馆开展文博专业埋论研究。编撰出版《鄂西北考古与研究》、十堰市博物馆陈列展览丛书《走入恐龙时代》《远古人类家园》《仙山琼阁武当山》《十堰与水》和《你是我眼睛里的海——十堰市博物馆征文集》；先后在《人类学学报》《华夏考古》《江汉考古》和《中国文物报》等重点专业报刊杂志上发表《湖北旧石器文化初步研究》《湖北丹江口水库旧石器调查简报》等论文40余篇。

十堰博物馆与中国内各级博物馆一直保持着良好的互动关系，相互交流临时展览，提供业务信息和资料，进行文物鉴定、修复、复制，派遣工作人员参观学习等。2007年以来，先后与襄樊、荆州、荆门和黄石博物馆以及陕西安康、四川达州、内蒙古包头博物馆等20余家博物馆进行互动访问交流，共同探讨博物馆建设与管理、汉水文化、武当文化等相关的学术课题，举办临时展览等。

十堰市博物馆先后被授予“国家二级博物馆”、“国家AAAA级旅游景区”、“全国巾帼文明岗”、“国家节约型公共机构示范单位”、“湖北省爱国主义教育基地”、“全省文物安全工作先进集体”、“全省文化系统优质服务窗口”、“湖北省省级园林式单位”、“全省文化遗产日和博物馆日活动先进集体”、“全省五四红旗团支部”、“首届湖北省博物馆进校园活动十佳单位”、“湖北省首批中小学生环保教育实践基地”、“全省第一次全国可移动文物普查中作出突出贡献单位”、“档案省特级达标单位”、“省级文明单位”和十堰市首届“城市名片”等称号。

十堰市博物馆隶属十堰市文体新广局的二级单位，是以考古学、文物学、博物馆学为依托，进行文物收藏、文物展览、文物保护和历史研究，弘扬民族文化，进行爱国教育为主导的社科类文化科研单位。内设有办公室、计划财务部、社会教育部、考古部、陈列部、保管部、消防保卫部、动力设备部8个部室。

十堰市博物馆位于湖北省十堰市北京北路91号。

十堰市内乘坐15、18、21、28路公交车至博物馆。

28路公交车线路：行政服务中心—香格里拉—东方明珠—博物馆—教育局—纪委培训中心—阳光花园—江苏路口—文化广场—气象局（下行站）—邮电街口—天麟盛华广场—中国人寿保险—世纪花园—东岳山庄—春华苑—东岳古台—东汽消防处—市十三中—东岳派出所—东汽配套处—罗家大院—东汽总装配厂—工具厂—东汽车架厂—艳湖新村—子弟学校—艳湖公园（共24站）。

周二至周日9：00~17：00（16：30停止入场，周一闭馆维护）、节假日照常开放。

免费参观。

1、须由学校组织，并请提前持学校介绍信来该馆办公室联系参观事项，由该馆根据预约先后安排参观时间。

2、为了确保参观质量和文物及人身安全，学生团体参观采取按时段，限人数的方式进行。接待日分四个时段9：00、11：00、13：30、15：00，每一时段限定最多人数200人。超过200人的团体，请分两个时段进行参观。

3、要求学校老师全程带队参观，并负责学生安全和参观秩序。随队教师须凭教师证。

4、学校因故变更参观时间或不能按时到馆的请提前电话通知。