Carl Humman ve Alexander Conze yönetiminde 1878 yılında Bergama'da başlayan arkeolojik kazıların sonucunda, 1900-1913 yıllarında akropolde yapılan kazılar sırasında bugünkü Alman Kazı Evi yanında bir depo müzesi yapılmıştır. Bu depo o dönemde Türkiye'deki iki arkeolojik eser deposundan biridir. I. Dünya Savaşı nedeniyle ara verilen Bergama'daki kazılara 1927 yılında Theodor Wiegand başkanlığında yeniden başlanmıştır. Aynı yıl akropol kazılarına ek olarak Asklepion'da kazıların başlamasıyla birlikte eserler çoğalmış ve yeni bir müze binasına gereksinim duyulmuştur.
1932 yılında Bergama'ya gelen Mareşal Fevzi Çakmak konuyla yakından ilgilenmiş, ziyaretinden sonra yeni bir müze kurulması için emir vermiştir. Türk-Alman işbirliği ile gerçekleştirilmesi planlanan yeni yapı için eski bir mezarlık olan bugünkü yeri uygun görülmüştür.
Mimarlar Bruno Meyer ve Harold Hanson tarafından planlanan proje 1932 yılı sonunda bitmiş, İzmir Valisi Kazım Dirik'in istemiyle 1933 yılında temel kazma çalışmalarına başlanmıştır. 13 Nisan 1934 tarihinde Bergama'ya ziyareti esnasında bir sağlık merkezi olan Asklepion'u da gezen Mustafa Kemal Atatürk, müze binasının yapımının da devam ettiğini görmüştür.
Yapımı tamamlanan Bergama Müzesi 30 Ekim 1936 tarihinde, İzmir Valisi Fazlı Güleç tarafından ziyarete açılmıştır. Müze binası, geniş ve etrafı galerilerle çevrili enlemesine yerleştirilmiş dikdörtgen bir avlu ile bu avlunun arkasında yine enlemesine yer alan dikdörtgen teşhir salonundan oluşmaktaydı. Avlunun galerileri açık hava müzesi için uygun olduğundan eserler burada sergilenmiştir.
1924 yılında Bergama Halk Evi binasında Etnografya ve Arkeoloji Müzesi'nin faaliyete geçmesiyle birlikte arkeolojik eserler de yeni müze binasına taşınmıştır. Etnografik eserler ise, ek binanın yapımından sonra, 1979 yılında, bugünkü müze binası içine alınmıştır. Yapılan ek bina, avlu ve teşhir salonunun bulunduğu kısmın yanına enlemesine yerleştirilmiş dikdörtgen planda olup girişi avludan salona açılan bir kapı ile sağlanmaktadır. Müzenin boş bırakılmış olan diğer yanı ile arka kısmına da sonradan depo, laboratuvar, fotoğrafhane, arşiv gibi birimler eklenmiştir.
Müzedeki Erken Tunç Döneminden Bizans Dönemine kadar değişik dönemlere ait arkeolojik eserlerin çoğu Bergama ve çevresinde yapılan kazılardan çıkmıştır.
Civardaki antik yerleşimlerden çıkan buluntular içinde Pergamon heykeltraşlık ekolüne ait örnekler, Pitane ve Gryneion'dan gelen Arkaik Dönem buluntuları, Myrina terracottaları dikkat çekmektedir. Etnografya bölümünde bölgeye ait halı, kilim (Yuntdağ, Yağcıbedir, Kozak Bergama dokumaları), kumaş dokuma örnekleri, el işlemelerinin yanı sıra Anadolu'nun diğer yörelerine ait el emeği eserler de sergilenmektedir.