พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติบ้านเก่าจัดตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2508 ความเป็นมาของการจัดตั้งสืบเนื่องจาก ดร.เอชอาร์ แวน เฮเกอเร็น (H.R.VanHeekerren) นักโบราณคดีชาวฮอลันดาซึ่งถูกจับเป็นเชลยศึกและถูกเกณฑ์มาสร้างทางรถไฟสายมรณะในสงครามโลกครั้งที่ 2 ได้พบเครื่องมือหินกะเทาะและขวานหินขัด ขณะทำงานอยู่บริเวณตำบลบ้านเก่า เมื่อสงครามสงบยุติ ได้นำเครื่องมือหินที่พบกลับไปศึกษาวิเคราะห์ที่สหรัฐอเมริกา จนนำไปสู่การสำรวจขุดค้นทางโบราณคดีโดยนักโบราณคดีไทยและต่างประเทศในพื้นที่บ้านเก่าเป็นครั้งแรกเมื่อ พ.ศ. 2499 หลังจากนั้นระหว่าง พ.ศ.2503-2505 คณะสำรวจก่อนประวัติศาสตร์โครงการความร่วมมือทางโบราณคดีระหว่างไทย-เดนมาร์ก ได้ทำการศึกษาขุดค้นแหล่งโบราณคดีบ้านเก่า บริเวณที่ดินของนายลือ-นายบาง เหลืองแดง บริเวณริมแม่น้ำแควน้อย พบโบราณวัตถุสมัยก่อนประวัติศาสตร์จำนวนมาก  กรมศิลปากรจึงได้จัดตั้งพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติบ้านเก่าขึ้น บริเวณใกล้กับแหล่งขุดค้น ในปี พ.ศ. 2508 เพื่อเก็บรวบรวมรักษาและจัดแสดงโบราณวัตถุสมัยก่อนประวัติศาสตร์ที่ได้จากการสำรวจขุดค้นทางโบราณคดีอื่นๆ ในจังหวัดกาญจนบุรี ภายในพิพิธภัณฑ์มีห้องจัดแสดง 6 ห้อง ห้องที่ 1 จัดแสดงประวัติความเป็นมาของเมืองกาญจนบุรี สภาพภูมิประเทศ ธรณีวิทยา ป่าไม้ ทรัพยากรธรรมชาติ ห้องที่ 2 จัดแสดงแหล่งโบราณคดีบ้านเก่า โบราณวัตถุสมัยก่อนประวัติศาสตร์ และประวัติการสำรวจขุดค้นทางโบราณคดี ตั้งแต่ พ.ศ. 2503 เป็นต้นมา ห้องที่ 3 จัดแสดงโลงไม้ซึ่งขุดพบในถ้ำเพิงผา บริเวณริมแม่น้ำแควน้อย แม่น้ำแควใหญ่ ห้องที่ 4 จัดแสดงโบราณวัตถุที่ได้จากการสำรวจขุดค้นทางโบราณคดีในจังหวัดกาญจนบุรี ห้องที่ 5 จัดแสดงพัฒนาการชุมชนเมืองกาญจนบุรี จำลองภาพการดำรงชีวิตของมนุษย์ในสังคมล่าสัตว์ สังคมเกษตรกรรมและภาพถ่ายโบราณวัตถุชิ้นสำคัญ ห้องที่ 6 จัดแสดงเรื่องราวเกี่ยวกับปราสาทเมืองสิงห์