Das im Jahre 1863 auf Veranlassung vom damaligen Bürgermeister von Thaden gegründete Altonaer Museum - auch Norddeutsches Landesmuseum - präsentierte Schausammlungen mit geographischen, ethnographischen und historischen Objekten mit durchweg überlokaler Bedeutung. Das Ziel war eine Erweiterung der Allgemeinbildung der interessierten Öffentlichkeit. Dargestellt wurden aber auch Sammlungen der "vaterländischen und vaterstädtischen" Historie. Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelte sich das Altonaer Museum zu einem vorbildlich anerkannten landeskundlichen Museum.
Nach dem Zweiten Weltkrieg verlagerte sich der Schwerpunkt der Sammlung allein auf Kulturgeschichte, bildende Kunst und Kunstgeschichte, so wie Volkskunde, Schifffahrt, Fischerei, Landeskunde des norddeutschen Küstengebietes mit Gemälden zu Landschaft und Volksleben und mit originalen Bauernhausmodellen. Eine umfangreiche Bibliothek umfasst über 60.000 Bände zu allen Sammlungsgebieten des Museums. Inzwischen soll die wunderkammer sehr begehrt sein; insbesondere bei den Kleineren!
Spannend ist auch der Kolonialwaren-Laden der Magdalene Dufke aus Altenwerder im Obergeschoss des Museums. Als 1978 durch die städtische Liegenschaftsverwaltung damit begonnen wurde, die privaten Flächen in Altenwerder für der Bau des Containerterminals Altenwerder (CTA) aufzukaufen, konnte das Geschäft für das Museum gesichert werden.
Die Neuinzenierung des Kolonialwarengeschäftes sowie St. Gertrud sind damit die einzigen öffentlich zugänglichen Sachzeitzeugen der ehemaligen Dorfgemeinschaft Altenwerder.
Seit 1955 befindet sich eine Außenstelle des Altonaer Museums in der von dem Architekten Forsmann im klassizistischen Stil 1834 erbauten Villa im Jenisch-Park in Nienstedten. Bauherr war der Bankier und Senator M.J.Jenisch. Das prunkvolle Gebäude kann auch für Bankette oder andere Anlässe beim Altonaer Museum angemietet werden, zumal es unter Leitung des Denkmalschutzamtes innen wie außen zeitgerecht hergerichtet worden ist.
Unweit des ebenfalls von Forsmann erbauten Weberhaus an der Elbchaussee 135 befindet sich eine weitere Außenstelle, das Heine-Haus.