Les origines du Musée de la ville de Roanne pourraient être retrouvées dès l'an 1794. A cette époque, un roannais nommé Lapierre qui s'intéressait aux sciences naturelles et aux témoignages du passé, avait constitué un lieu d'exposition au collège des Jésuites, fondé par le père Cotton au début du XVIIe siècle et devenu par la suite lycée de garçons. Un inventaire manuscrit de cette collection, embryon sommaire des collections actuelles, est conservé aux archives du musée.

Mais ce fut seulement le 8 novembre 1844, qu'un archéologue régional Fleury Mulsant, en faisant don de sa collection, inaugura un musée véritable dans l'ancien couvent des Capucins, siège à l'époque de la mairie de Roanne. Il fut transféré en 1874 au second étage du nouvel Hôtel de Ville, dans des salles mansardées partagées avec la bibliothèque. Chose surprenante, ce nouveau musée se laisse oublier pendant plus de vingt ans et ne reçoit rien de l'administration des Beaux-Arts sous le Second Empire. Parallèlement, les notables locaux, du fait de la montée en puissance de l'industrie, se désintéressent aussi du musée et de son école de dessin, ce que confirme en 1890, le peintre Emile Noirot, lors d'une exposition en soulignant le fait que Roanne : "est une ville indifférente aux arts…"

Louis Dinet, peintre et professeur de dessin gère à ce moment davantage un cabinet de curiosités qu'un musée. L'avenir allait être bouleversé grâce à Joseph Déchelette.

Vers 1787, Claude Valence de Minardière, bailli du duc du Roannais, confie à l’architecte Delavoypierre la construction d’un hôtel particulier le long de la rue du Faubourg de Clermont. Le musée conserve encore le plan d'origine de cette construction terminée en 1789.  Il s'agit d'un corps de logis classique, flanqué de deux petits pavillons, abritant une galerie au rez-de-chaussée et des chambres à l'étage. Malheureusement,  l’aménagement intérieur ne se fera jamais et la famille de Valence vend le bâtiment en 1793 à monsieur Devernay des Mouilles.

La période Révolutionnaire battant son plein nous avons peu de renseignements sur ce qu'il advient de cet hôtel particulier jusqu'à son achat en 1820, par les banquiers Audra-Jeannez. Les ailes sud et nord sont achevées, une orangerie est construite au nord du bâtiment.

En 1896, Joseph Déchelette achète la propriété, il transformera l’orangerie pour y installer son bureau et sa bibliothèque. Au décès de Madame Déchelette en 1957, le musée s’étend sur l’ensemble de l’hôtel de Valence. Les collections archéologiques prennent place au rez-de-chaussée, seul le décor du grand salon est conservé en l’état. Les communs sont loués par la ville à des commerçants.

En 1982, le salon d’honneur, les toitures et façades de l’Hôtel de Valence sont inscrits à l’inventaire supplémentaire des Monuments Historiques.

En 1990, de grands travaux ont réhabilités les bâtiments qui servaient de communs  à l'hôtel particulier. Les deux bâtiments abritent, l'un au sud, les collections archéologiques gauloise et gallo-romaine, l'autre au nord, les expositions temporaires.

Un bâtiment neuf acquis en 1992, jouxte le côté Sud de l'hôtel de Valence. Ses différents niveaux se répartissent entre les locaux de la conservation et les réserves ainsi que la salle d'exposition des céramiques contemporaines.