Lúc xây dựng, khu Bảo tàng Quang Trung bao gồm kiến trúc bảo tàng mới xây với Nhà biểu diễn nhạc – võ Tây Sơn, Nhà rông Tây Nguyên và phần Đền thờ Tây Sơn tam kiệt trong quần thể khu vực. Phía trước bảo tàng là bức tượng Vua Quang Trung được xây dựng năm 1979, trở thành điểm đại diện và trung tâm của toàn thể khu vực. Năm 2007, tỉnh Bình Định có quyết định mở rộng tiếp khu đất di tích Điện Tây Sơn ra hướng Nam, sát bờ Bắc sông Côn, bao quanh cả khu di tích lịch sử bến Trường Trầu. Từ đây, bảo tàng bao gồm thêm bến Trường Trầu. Năm 1996, trước sự xuống cấp của công trình, Uỷ ban Nhân dân tỉnh Bình Định đã cho trùng tu, nâng cấp nhà bảo tàng, tập trung vào Điện Tây Sơn. Công trình được khởi công vào tháng 04 năm 1998 và hoàn thành vào cuối năm, trong đó Điện Tây Sơn mới với quy mô to lớn hơn được xây dựng trên nền cũ, kịp phục vụ Lễ kỷ niệm 210 năm năm chiến thắng Ngọc Hồi – Đống Đa ngày mùng Năm tháng Giêng, năm Kỷ Mão tức 20 tháng 02 năm 1999. Năm 2015, Ủy ban Nhân dân tỉnh Bình Định quyết định tiến hành nâng cấp bảo tàng, dự toán kinh phí là 211 tỷ đồng. Ngày 22 tháng 11 năm 2019, Sở Văn hóa, Thể thao và Du lịch tỉnh Bình Định tổ chức lễ kỷ niệm 40 năm xây dựng Bảo tàng Quang Trung.