Nõmme muuseum asutati 13. novembril 1935. Töötas ta praeguse Nõmme muusikakooli ruumes. Suleti 1940. aastal. Nõmme muuseum taasasutati ajaloolise Nõmme raudteejaama ootesaali ja piletikassa ruumides 28. veebruaril 2002. Esimeseks ja pikaajaliseks muuseumi juhatajaks oli Piret Loide. Ajaloolist konsultatsiooni andis ajaloolane Leho Lõhmus. Muuseumi püsiekspositsioon näitab Nõmme kui iseseisva linna arengulugu aastatel 1926–1940 ja ka varasemaid aastaid alates Nõmme rajamisest Nikolai von Glehni poolt 19. sajandi lõpus.

Alates 01.09.2020 on Nõmme Muuseum avatud vastavalt kokkuleppele.