Торжественное открытие музея состоялось 21 сентября 2002 года, чему предшествовала активная работа спортивных обществ, школ, клубов и федераций по видам спорта, фонда ветеранов спорта и органов управления. Музей спорта, в стенах которого было собрано около 8500 экспонатов – кубков, медалей, грамот, фотографий и др. – был призван показать уровень развития спорта в регионе, реальные спортивные результаты спортсменов и специалистов в области спорта. Всего в музее представлено более 50 видов спорта, в экспозициях федераций по видам спорта отражены достижения более 240 спортсменов.

Музей имеет несколько галерей – экспозиций. В «Галерее олимпийцев» представлены фотографии 36 спортсменов, участников Олимпийских Игр, 14 из которых стали олимпийскими чемпионами. Среди неоднократных чемпионов – гимнастки Тамара Люхина (1960 и 1964 года), Любовь Бурда (1968 и 1972 года), прыгун в воду Дмитрий Саутин (1996 и 2000 года). В «Галерее олимпийцев» - первый в истории России чемпион Олимпийских Игр 1908 года по фигурному катанию Николай Панин-Коломенкин ( в марте 2010 года в г. Боброве Воронежской области ему был открыт памятник). В галерее «Воронежцы – заслуженные мастера спорта» представлены фотографии и достижения 24-х кратной чемпионки СССР по велоспорту Марии Лукшиной, 17-ти кратной чемпионки Мира по подводному ориентированию Светланы Вяткиной, 11-кратного чемпиона Мира и Европы по пулевой стрельбе Иоганна Никитина и многих других известных воронежских спортсменов.

Музей спорта постоянно посещают не только жители города, но и спортивные делегации из стран ближнего и дальнего зарубежья, официальные лица, известные спортсмены и политики. В книге отзывов музея - напутствия губернатора Воронежской области А.В. Гордеева, митрополита Сергия, 3-х кратного олимпийского чемпиона А.А. Карелина и многих других. В Музее спорта регулярно проводятся заседания коллегий Управления по физической культуре и спорту, спортивные пресс-конференции, встречи и юбилейные даты. Дважды в год в Музее спорта Воронежской региональной Олимпийской академией проводятся городские и областные конкурсы среди учащихся «Знатоки олимпийского движения».

Музей спорта имеет несколько наград, среди которых: диплом Олимпийского комитета России за выпуск плаката «Воронежская область на олимпийской карте мира» (2005 год), почетный знак и диплом Центра патриотического воспитания граждан Российской Федерации (2008 год), диплом администрации Воронежской области как лучшей организации (2007 год).

В 2007 году Музей спорта Воронежской области стал победителем первого Всероссийского конкурса музеев спорта.