Die denkmalgeschützte Burg Mylau ist die einzige fast vollständig erhaltene und zugleich größte Burganlage des sächsischen Vogtlandes, damit ein herausragendes Architekturdenkmal und wichtigstes Ausstellungsobjekt des Museums. Die Sammlungsbestände des kulturhistorischen Museums in der Burg gehören zu den ältesten musealen Sammlungen im sächsisch-vogtländischen Raum.

Das Museum in der Burg Mylau geht in seinen Ursprüngen auf den Mylauer Naturkundeverein zurück. Der Verein bestand bereits seit 1876 und hatte sein Domizil zunächst in einem Restaurant, am unweit der Burg gelegenen Hirschsteinweg.

Im Zuge der vom Mylauer Schlossbauverein initiierten Umbau- und Sanierungsarbeiten zog 1893 auch der Naturkundeverein Mylau mit seiner Ausstellung in die Burg. Es folgte ein zielgerichtetes Sammeln und Ausstellen auf den Gebieten der Naturkunde, Mineralogie, Heimatgeschichte und Ethnologie. Betreut wurden die Sammlungen vom Initiator des Naturkundevereins, dem Lehrer Ferdinand Schicker, vom Schlossbauvereinsvorstand und Fabrikanten Robert Merkel, vom Sanitätsrat Dr. Alwin Polster und vielen anderen engagierten Vereinsmitgliedern. Gleichzeitig wurde umfassend Literatur zu  Themenfeldern wie Entomologie, Mineralogie und Ornithologie zusammengetragen. Damit war der Grundstein der Museumsbibliothek gelegt. In der Folgezeit erweiterte sich das Sammelinteresse um kulturhistorische und volkskundliche Objekte. So war Anfang des 20. Jahrhunderts aus dem Naturkundeverein ein Heimatmuseum mit breit angelegtem Sammelspektrum geworden.

1956 wurde das Museum Burg Mylau mit dem Museum Reichenbach verwaltungstechnisch zum Museum des Kreises Reichenbach (Kreismuseum Reichenbach) zusammengeführt und dem Landkreis unterstellt Dadurch entstand der zweitgrößte museale Bestand im sächsischen Vogtland. In den folgenden Jahrzehnten lag das Sammlungs- und Ausstellungsinteresse vor allem auf lokaler Arbeiter- und Adelsgeschichte, Naturkunde und Burggeschichte. Einzelne Ausstellungsräume wurden immer wieder neu eingerichtet oder aktualisiert.

Mit der Neustrukturierung der Landkreise Anfang der 1990er Jahre wurde die Burg Mylau und das Museum einschließlich der Sammlung der Stadt Mylau zugeordnet. An der bis dahin erfolgten Museumstätigkeit und Sammlungsarbeit änderte sich in nach nachfolgenden Jahren nichts. Seit August 2010 befindet sie sich in der Trägerschaft des futurum vogtland e. V. Unter der Trägerschaft des Vereins konnten eine Vielzahl von Veränderungen für die Museumsarbeit, die Sammlungen, die Burggebäude und die Ausstellungen sowie die touristische Anbindung realisiert werden. Besonders wichtig ist die Erneuerung der Dauerausstellung 2014.