Primele preocupări muzeistice la Giurgiu sunt legate de personalitatea plurivalentă a lui Nicolae Droc-Barcian, directorul Gimnaziului. Acesta înfiinţează în 1876 o grădină botanică, iar în 1883 un muzeu şcolar de ştiinţele naturii. îmbogăţit succesiv cu piese arheologice şi documente, patrimoniul acumulat s-a pierdut în urma distrugerii oraşului din 1916.
Muzeul judeţean a fost înfiinţat în 1934, printr-o hotărâre a Prefecturii de Vlaşca. La sugestia savantului Ion Andrieşescu, i s-a dat numele primului profesor de arheologie al Universităţii din Iaşi, giurgiuveanul Teohari Antonescu. In fruntea instituţiei a fost numit, cu titlu onorific, tânărul profesor Dumitru Berciu, care a condus-o până în 1948. După un hiatus de doi ani, ea a fost reînfiinţată şi dezvoltată pe parcursul a două decenii, de către profesorul Gheorghe Rădulescu, absolvent de Belle-Arte, ajutat de muzeograful-restaurator Mihai Ionescu.
Intre 1950 şi 1980 muzeul a fost pe rând raional, municipal şi secţie fără personalitate juridică. A redevenit judeţean în 1981, în urma corecturii aduse reformei teritorial-administrative, cu secţii de istorie şi etnografie şi Oficiu pentru patrimoniu cultural naţional. Intre 1977-1990 expoziţia lui permanentă s-a numit “Muzeul luptei pentru independenţa poporului român”. Din 1993 îşi reia patronul antebelic, iar între 1999-2005 se reface expoziţia secţiilor de arheologie şi istorie.
Prin retrocedarea localului secţiei de etnografie din comuna Floreşti-Stoeneşti, patrimoniul acesteia a fost adus la Giurgiu, unde s-a inaugurat o nouă expoziţie permanentă la sfârşitul anului 2006. Din anul 2003 în administrarea Muzeului judeţean a intrat şi Casa memorială a poetului Petre Ghelmez din comuna Gogoşari.