Die Geschichte der Sammlung beginnt Mitte des 19. Jahrhunderts. Beflügelt vom revolutionär-nationalen Geist der Zeit, wurde 1847 in Künzelsau der Historische Verein für Württembergisch Franken gegründet. Sein Ziel war es, "die Geschichte seines Wirkungskreises, und zwar gerade in ihren Einzelheiten, sammt den Altherthümern gründlich zu erforschen" und "damit auch die Liebe zum Geburtsboden zu erhöhen".
1873 wurde der Sitz des Vereins und damit auch die Altertümersammlung nach Hall verlegt. Das Vereinsmuseum zog innerhalb der Stadt mehrfach um, bevor es Anfang der 1930er Jahre im staufischen Keckenturm als "Fränkisches Heimatmuseum" seine endgültige Bleibe fand. Das Gebäude wurde ausgewählt, da man in der Keckenburg die letzte der sieben Burgen zu erkennen glaubte, auf denen der Legende nach die Gründung Schwäbisch Halls beruht.

Die Neueröffnung des Vereinsmuseums nach dem Krieg erfolgte anlässlich des 800-jährigen Stadtjubiläums im Jahr 1956 unter dem Namen Keckenburgmuseum. 1981 übernahm die Stadt Schwäbisch Hall die Mitträgerschaft. Neben dem neuen Namen "Hällisch-Fränkisches Museum" wurden erhebliche Erweiterungen und umfangreiche Umbauten der Ausstellungsräume beschlossen, die im Jahr 2001 mit der Einweihung der Stadtmühle fertig gestellt werden konnten. Harmonisch fügen sich heute moderne Architektur und zeitgemäße Präsentationsformen in die alte Bausubstanz ein.