لزوم موزه بزرگ و جامع متناسب با شأن و شکوه خراسان بزرگ را اندیشمندان و فرهیختگان خراسانی پیش از انقلاب، احساس کرده و در سال ۱۳۵۶ پیشنهاد داده بودند؛ اما شرایط انقلاب و تداوم جنگ تحمیلی مانع از تحقق آن شد. در سال ۱۳۷۱ مجدداً ایده موزه بزرگ خراسان مطرح و این بار طرح پیشنهادی آن به مسابقه گذاشته شد و از میان طرح های متعدد و متنوع، طرحی که روانشـاد دکتر محمدامین میرفندرسکی با الهام از بنای عمارت خورشید کلات نادر ترسیم کرده بود توسط هیئت داوران برگزیده شد و طی مذاکرات و توافقات صورت گرفته با شهرداری مشهد ۴۹۰۰ مترمربع زمین از اراضی بوستان کوهسنگی برای ساخت موزه در اختیار اداره کل میراث فرهنگی، صنایع دستی و گردشگری خراسان رضوی گذاشته شد و در نیمه دوم سال ۱۳۸۲ کلنگ موزه بزرگ در آن محل به زمین زده شد. این بنا با استفاده از فن آوری های نوین و در بالاترین حد استاندارد، با ۱۸۰۰۰ متر زیربنا و ۵۳ متر ارتفاع در ۱۲ طبقه ساخته شده است که در تاریخ ۱۳۹۳/۱۱/۱۸ افتتاح گردید. به احترام اهالی فن، بخش هایی از این مکان به نام آقایان دکتر میرفندرسکی، مهندس کازرونی و دکتر باقر آیت ا... زاده شیرازی نامگذاری شده است.

بخشهای مختلف موزه بزرگ خراسان:

مخزن نگهداری اشیاء منقول تاریخی و تزئینات معماری که مجهز به پیشرفته ترین امکانات امنیتی ضد حریق، ضد زلزله و آسیب های جنگی است. آزمایشگاه حفاظت و مرمت اشـیاء تاریخی و تزئینات تاریخی (روانشاد دکتر باقر آیت ا... زاده شـیرازی): این مکان علاوه بر امکانات و تجهیزات کارگاهی و آزمایشگاهی حفاظت و مرمت، دارای بخش پژوهش، مستندسازی و مطالعات اشیاء تاریخی و تزئینات معماری نیز می باشد. سالن اجتماعات (روانشاد دکتر محمدامین میرفندرسکی): مجهز به سیسـتم های سمعی و بصری بوده و ظرفیت حدود ۱۴۰ نفـر را دارا می باشد. کتابخانه تخصصی (روانشاد مهندس سراج الدین کازرونی): با گنجایش بیش از ۵۰۰۰ جلد کتاب، اسناد و عکس های تخصصی و مکانی مناسب جهت مطالعه پژوهشگران و علاقه مندان می باشد.

سالن نمایشگاهی و موزه ای: با مساحتی بالغ بر ۲۷۰۰ مترمربع جهت برپایی نمایشگاه های دوره ای و فصلی از آثار تاریخی و آثار هنری معاصر پیش بینی شده است.

سالن موزه ای: در ۳ طبقه (همکف، اول و دوم) و با مساحتی بالغ بر ۴۰۰۰ مترمربع است که در واقع هسته اصلی موزه بوده و اشیاء به نمایش درآمده در آن قسمت ها، اشیاء تاریخی مکشوفه از منطقه خراسان هستند.

آثار موزه:

اشیاء پیش از تاریخ موزه بزرگ خراسان: شامل سفال، پیکرک، ابزار سنگی، می شود که هم اکنون در مخزن موزه نگهداری می شود. آثار دوران تاریخی که در برگیرنده آثار سلسله های هخامنشی، سلوکی، اشکانی و ساسانی است. نام خراسان از دوره ساسانی بر این خطه از ایران نهاده شد که شامل مناطقی از ازبکستان و تاجیکستان و بخش‌هایی از قرقیزستان و قزاقستان را هم می‌توان در قلمرو خراسان بزرگ تاریخی به شمار آورد. آثار دوره اسلامی که از صدر اسلام تا اوان سلطنت قاجار را در بر می گیرد.

موزه بزرگ خراسان از بهمن ماه ۱۳۹۵ نمایشگاهی با عنوان " نمایشگاه هنر و تمدن ایران در دوران اسلامی " که شامل اشیائی بسیار نفیس از موزه های بزرگ ایران می باشد در بخش های مختلف از جمله: گالری سفال، گالری فلزات، گالری منسوجات و گالری خط و نقاشی و کتابت برگزار نموده است. در این موزه اشیاء ارزشمندی از قرون اولیه اسلامی تا قرن چهارده هـ .ق به نمایش گذاشته شده است. این موزه زیبا سالانه میزبان علاقه مندان زیادی است.