Музей был основан на базе художественной коллекции Томского областного краеведческого музея (Решение Томского облисполкома № 195 от 24. 08. 1979). Учредителем музея является Департамент по культуре и туризму Томской области. Идея открытия в Томске художественного музея прозвучала на выездном пленуме Союза художников РСФСР, который проходил в Томске в рамках IV зональной художественной выставки «Сибирь социалистическая» в 1975 г., где было принято решение об открытии в городе художественного музея. Решающая роль в этом принадлежит Е. К. Лигачеву, тогда первому секретарю Томского обкома КПСС, и К. Г. Залозному – председателю Томского отделения Союза художников РСФСР.
До настоящего времени ТОХМ является единственным художественным музеем в области.
19 апреля 1982 г. музей торжественно принял своих первых посетителей, открыв выставку «Наша советская Родина», на которой были представлены произведения из фондов молодого музея.
Музей расположен в центре старой части Томска по адресу: пер. Нахановича, 3 (ранее – пер. Ямской) в трехэтажном каменном здании, бывшем купеческом особняке, построенном в 1902 — 1903 гг. по проекту известного сибирского архитектора К. К. Лыгина. Здание музея является памятником архитектуры регионального значения (Постановление Томского облисполкома № 51 от 17. 06. 1978). К музею примыкает флигель, где размещаются музейно — образовательный отдел, изостудии и фондохранилище, соединенный с основным зданием пристройкой 1960-х гг.
В 1995 году при ТОХМ были основаны: отдел «Музей деревянного зодчества» и два филиала (Приказ Комитета по культуре и туризму Администрации Томской области № 341 от 29. 11. 1995 г). Отдел «Музей деревянного зодчества» находится по адресу ул. Кирова, 7 в деревянном особняке архитектора А. Д. Крячкова, памятнике архитектуры федерального значения (Указ президента РФ № 176 от 20. 02. 1995). Отдел занимается сохранением и изучением деревянного декора старого Томска, популяризацией архитектурного наследия города. Постоянная экспозиция открыта в 2009 г. Филиалы ТОХМ: Чаинская картинная галерея в с. Подгорном, открытая 15 января 1969 г. по инициативе председателя райисполкома Я. Ф. Коробенко и известного художника, томича по рождению, А. Н. Либерова; «Музей искусства народов Севера» в поселке Каргасок Томской области, созданный на основе этнографической коллекции И. К. Мартемьянова. Первым директором музея была назначена Халида Толгатовна Бабенко, затем более 15 лет им руководила Надежда Петровна Боровинских, в настоящее время ТОХМ возглавляет Елена Владимировна Янина. Чаинской картинной галереей руководит Галина Анатольевна Сушкова, «Музеем народов Севера» – Елена Михайловна Мацкевич.
В 1980 — 1990-х гг. музей активно работал с областными учреждениями культуры, регулярно вывозил выставки в отдаленные уголки области, используя флотилию Комитета по культуре, авиатранспорт партнеров газовиков и нефтяников. Лекционная практика охватывала все районы области. В меняющихся исторических и социальных условиях музей, продолжая оставаться хранителем культурного наследия, продолжая традиции работы с областью, переживает серьезные трансформации, заново превращается в систему открытую обществу, ориентированную на удовлетворение его запросов своими коллекциями и исследованиями. Музей осознает необходимость регулярного выхода во внешнюю художественную среду, предпринимает попытки ее освоения на новом этапе, используя новые технологии. ТОХМ в последние годы активно устанавливает связи с различными институтами общественной жизни, расширяя свое пространство: организуя выставки и экспозиции в области, учреждениях Томска, ночных молодежных клубах, на улицах города. На этом направлении с 2008 г. работают две репродукционные выставки «Малая родина томских художников», «Томский пейзаж». В окнах первого этажа основного здания (пер. Нахановича) экспонируется постоянно сменяющаяся выставка репродукций избранных произведений из собрания музея.
В зале Лектория музея читаются лекции, посвященные истории мирового изобразительного искусства, различным стилям и направлениям в живописи, скульптуре и архитектуре, культуре восприятия художественных произведений. Традиционно музей проводит лекции по абонементам для общеобразовательных учреждений. Эффективно работает выездной лекторий. В год сотрудники читают около 300 лекций. Яркой страницей в работе являются творческие отношения с музыкантами и актерами Томска, учениками музыкальных школ, юными дарованиями, которые стали постоянными участниками музыкальных, литературно – художественные вечеров и различных концертов.
В 2009 г. в рамках II Музейного форума Томской области был открыт информационно – образовательный центр «Русский музей: виртуальный филиал». Целью проекта является приобщение широкой зрительской аудитории к ценностям российской культуры, историческому прошлому России через свободный доступ к электронно – цифровым и печатным материалам. Виртуальный филиал – своеобразный электронный аналог коллекции Русского музея, который использует в своей деятельности новейшие компьютерные технологии и представляет собой новую технологическую ступень в сфере культуры.
Создавая свой новый имидж, музей пересматривает и содержание работы, стремясь соответствовать потребностям современного человека, потребностям томской студенческой молодежи. ТОХМ приобретает черты культурного центра, способного выполнять полифункциональные задачи – образовательно – воспитательные и развлекательно – рекреационные. Рекреационные ресурсы – это ресурсы всех видов, которые могут использоваться для удовлетворения потребностей населения в отдыхе и туризме. С этой целью деятельность ТОХМ в направлении современного актуального искусства была активизирована и при музее на первом этаже была открыта «Галерея актуального искусства», где экспонируются яркие концептуальные проекты, интерактивные видео инсталляции, арт-объекты, проводятся мастер – классы и работают дискуссионные клубы. Интересом молодежной аудитории пользовался арт – проект «TOMSK Life», состоящий из трех выставок: «Академия фотографии», «Freezelight», «Глазами русского репортера». В 2011 г. ТОХМ с участием молодых томских авторов открыл Форум актуального искусства «Сontemporary art project», на котором участвовали известные художники Москвы и Санкт – Петербурга.
Музей располагает возможностями специализированной библиотеки. Это небольшой книжный фонд: около 19 тыс. томов, которой имеет важное значение для работы всех подразделений ТОХМ. Библиотека составлена из необходимой справочной литературы, художественных альбомов, монографических изданий. Она имеет небольшой читальный зал. При библиотеке формируется архив ТОХМ.
Музей является коллективным Членом Союза музеев России с 2002 г., членом Ассоциации музеев Томской области с 2008 г., Российского национального комитета международного совета музеев – ИКОМ с 2009 г.