Muzejs dibināts 1954. gadā Ventspilī kā Jūras zvejniecības brīvdabas muzejs. Apmeklētājiem to atvēra 1962. gada 3. jūnijā. Muzeja idejas autors un pirmais direktors Andrejs Šulcs pārved uz topošo muzeju pirmās laivas, zvejnieku dzīvojamās un saimniecības ēkas, kā arī šaursliežu dzelzceļa vilcienu.

Šobrīd Piejūras brīvdabas muzeja krājumu veido vairāk nekā 24 000 priekšmetu. Ekspozīcijā Piejūras brīvdabas muzejs iepazīstina ar Kurzemes piekrastes iedzīvotāju ikdienu un atspoguļo latviešu, lībiešu zemnieku un zvejnieku dzīvi. Tur var apskatīt lauku sētām raksturīgās celtnes, tai skaitā vējdzirnavas no Užavas pagasta, dūmnamus, kūpinātavas un tīklu būdas ar sadzīvē raksturīgiem eksponātiem. Piejūras brīvdabas muzejā atrodas Smiltnieku māja – 19. gs. beigām raksturīga piepilsētas dzīvojamā ēka un ar savu saglabātības pakāpi tā ir unikāla gan Ventspils, gan arī visas Latvijas pilsētvides apbūvē, un Lielirbes baptistu lūgšanu namu.

Tāpat šeit var iepazīt plaša jūras zvejas laivu un Baltijas valstīs lielāko enkuru kolekciju ar vairāk kā 140 eksponātiem no 17.gs. līdz pat mūsdienām. Ventspils Piejūras brīvdabas muzejā atvērta jaunā Laivu māja, kurā eksponēta plaša kolekcija – restaurētās laivas un zvejniecības priekšmeti.

2024. gada pavasarī tika atklāta jaunā Piejūras brīvdabas muzeja ēka, kurā ir apskatāma pastāvīgā ekspozīcija “Pie jūras un zemēm: Ziemeļkurzemes tradicionālais dzīvesveids 19.-20. gs. Ziemeļkurzemes daba.” Daudzfuncionālajā, modernajā celtnē atrodas arī muzeja darbinieku darba telpas, restaurācijas darbnīcas un izglītības centrs. 

Piejūras brīvdabas muzejā iemīļota izklaide un reizē izziņas objekts ir Mazbānītis, kuram izbūvēta 1,4 km gara Riņķa līnija un 3,0 km gara Kalna līnija. Pirmā pasaules kara laikā šādu satiksmes līdzekli ierīkoja vācu karaspēks, un dzelzceļa līnija savienoja Ventspili ar jūrmalas zvejniekciemiem. Kopš 1964. gada viena no nelielā skaitā Vācijā ražotajām lokomotīvēm ir muzeja īpašums un priecē apmeklētājus, pateicoties ziedotāju atbalstam, t.sk. SIA “LDZ ritošā sastāva serviss” atbalstam.

Muzejā tiek atzīmēti gan gadskārtu, gan pilsētai svarīgi svētki – slāvu meteņi “Masļeņica”, Lieldienas, Jūras svētki un Pilsētas svētki, Pagastu diena un Mazbānīša svētki.

Muzejs atvērts apmeklētājiem visa gada garumā.