O Museu da Casa Grande de Freixo de Numão foi instituído por iniciativa da Associação Cultural Desportiva e Recreativa de Freixo de Numão, que desde a sua fundação - em 19 de Maio de 1980 - se dedicou à promoção, ao estudo e à divulgação do património local.

Em 1983, a associação adquiriu o Solar da Casa Grande para aí projetar um Museu de Arqueologia e Etnografia. O Palácio barroco situado no centro histórico da Vila revelou-se uma opção feliz em termos estruturais, enquanto magnifico exemplar da arquitetura civil oitocentista, certamente uma das expressões arquitetónicas mais imponentes do seu género na região do Douro. Iniciaram-se então grandes obras de restauração e adaptação do edifício que se prolongaram devido à surpreendente descoberta de remotos níveis de ocupação (romanas, medievais e modernas) no interior do edifício e no quintal anexo. No dia 14 de Julho de 1996 este espaço museológico foi inaugurado com exposições temporárias de Arte Sacra, Arqueologia e Etnologia.

No ano de 1997 iniciou-se um novo ciclo: a conceção da exposição permanente do museu. Em Maio de 2005, o Museu da Casa Grande inaugurou o “Núcleo da Casa do Moutinho”. Este novo espaço fornece importante apoio aos investigadores, criando uma dinâmica em torno do património arqueológico, designadamente através do centro de documentação e de salas de tratamentos de materiais. Nele encontram-se ainda salas destinadas a realização de exposições temporárias e itinerantes, e aos serviços educativos.