La Colonia San Carlos fue fundada el 27 de septiembre de 1858 por Carlos Beck Bernard, quien en representación de la compañía colonizadora «Beck y Herzog», de Suiza, firmó contrato con el gobierno provincial para fundar una colonia agrícola con inmigrantes provenientes de dicho país y también de Alemania, Francia e Italia.
Desde su inauguración y hasta 1988 el museo ocupó un local, posteriormente otro diferente hasta 1993 y finalmente llegó a su emplazamiento actual, un imponente edificio donde otrora funcionara la vieja Escuela Rural de San Carlos Centro. El inmueble de esta emblemática escuela —cedido por la Provincia a la Comuna de San Carlos Centro el 4 de julio de 1991— es un sitio memorable: el 20 de enero de 1870 visitó la Colonia el presidente de la República, Domingo Faustino Sarmiento; sorprendido, observó el precario estado de la educación en la zona y propuso a los colonos construir allí un colegio. Así, el presidente comunal Tomás Lubary donó en 1872 una manzana de terreno y el Poder Ejecutivo Nacional aprobó planos y presupuestos el 14 de junio de 1873; un año después el edificio estaba concluido. Domingo Faustino Sarmiento fue el nombre que llevó entonces esta escuela.
La planta simétrica de este inmueble y su aspecto urbano, inconfundible y clásico, hicieron de él una imagen representativa, icónica de la ciudad. Cuenta con un hall de ingreso, tres salas de exposición permanente («Los Colonizadores», «Clementina de Passaponti» y «Miguel Taverna»), una de usos múltiples para muestras transitorias, otra destinada a conservación, reserva técnica y archivo. Su acervo se integra con material fotográfico, libros, documentos, mobiliario, elementos de labranza, instrumentos musicales, vestimenta y enseres de vida cotidiana.
En el archivo documental destacan libros de cuentas de la compañía colonizadora, pasaportes, contratos de trabajo y planos de la Colonia desde 1859 a 1880. La fuente documental más consultada es la colección de diarios El Obrero (1900) y El Comercio (19101946). El Museo Histórico de la Colonia San Carlos sostiene una tarea de extensión educativa.