西北大学历史博物馆的前身是1945年成立的西北艺术文物研究室，至今已有60多年的历史，是我国高等学校中成立时间较早、藏品较为丰富的博物馆之一。作为高校历史博物馆，其职能首先是服务于学校历史学、考古学、文物学、博物馆学和文物保护学等学科专业的教学、科研工作，并在学校的人文素质教育、社会主义精神文明建设及对外交文化流中发挥着重要作用。
陕西是我国第一文物大省，西安是周、秦、汉、唐等十三朝故都，丰富的文物资源和我校较强的文物考古科研力量，为博物馆的建设和发展、文物考古人才培养提供了良好的条件。目前馆舍面积约700平方米，馆藏文物标本约2万余件。其中，经鉴定的三级以上文物130余件（组）。
博物馆陈列分为历代典型文物陈列、考古发掘成果陈列和校园考古出土文物陈列三部分，展品包括距今100万年前的旧石器时代到明清时期的历代典型文物标本300余件，形成了种类较为齐全、序列比较完整的体系。馆藏重点文物主要有：
仰韶文化的陶器和塑像。陕西是新石器时代仰韶文化分布的中心，我校考古专业先后发掘了商县紫荆、华县梓里、扶风案板等重要仰韶文化遗址，出土了大量的文化遗物，如用于日常生活尖底瓶、圜底钵、碗和埋葬小孩的瓮棺等，特别是发现了一批造成型古朴的陶塑人像，这在我国史前考古中尚属罕见。反映了距今7000～5000年前较高的制陶水平和社会生活。
商周时期的青铜器和甲骨刻辞。20世纪70年代，我校考古专业师生先后参加了河北藁城台西村商代早期遗址、著名的殷墟遗址和陕西周原等遗址的发掘，出土了大量的商周时期文物。博物馆有造型厚重的藁城台西村商代早期青铜器、珍贵的殷墟刻辞甲骨及以及数量较多的西周青铜器等，是研究商周文化的重要资料。
秦汉瓦当和陶文。西安秦汉长安城的故地，有着丰富的秦汉时期文化遗存。西北大学博物馆收藏了一批种类较为齐全的秦汉瓦当和刻印于陶器上的陶文。如著名的青龙、白虎、朱雀、玄武“四神”瓦当和各种文字瓦当，大量的刻印于陶器上的文字等，这对于秦汉时期的制度、建筑、文字、艺术等方面均具有较高的科研价值。
唐代的面食品和墓志。20世纪70年代，我校考古专业师生参加了新疆吐鲁番阿斯塔那墓地发掘，出土了大量陶器、木器、雕塑、文书和丝织品等，其中最引人注目的是出土一批罕见唐代的面食品，包括有各种花式点心，其中有一部分入藏于我校博物馆。这是研究唐代西域饮食文化十分难得的实物资料。此外，近年来还征集了唐遂安王墓志等，特别是征集到一方唐代日本留学生井真成的墓志，是迄今为止中国的首次发现，弥足珍贵，是研究中日文化交流的重要资料。
校园考古。西北大学坐落在唐长安城太平坊和崇化坊遗址之上。多年来，配合学校的基本建设，考古专业师生先后对太平坊和实际寺遗址和崇化坊经行寺遗址进行了考古发掘。发现了房屋建筑基址、水井等遗迹，出土了大量的佛教文物。如石佛头像、铜佛像、石经幢构件、陶净水瓶、三彩器、瓷器、瓦当范、石围棋盘和棋子等。由于唐代高僧善导、鉴真曾在实际寺生活过，故这些佛教文物的发现引起了国内外文物考古、历史和佛教界的高度重视。