Музей «Старый Владимир» разместился внутри бывшей водонапорной башни, построенной в конце 19 века для водоснабжения Владимира. После реконструкции водопроводной системы в 1950-х годах башню было решено перевести в разряд городских памятников. В 1975 году состоялось открытие музея, посвященного провинциальному Владимиру 19–20 веков.
На первом этаже музея «Старый Владимир» находятся экспозиции, рассказывающие об облике города в дореволюционный период. Второй этаж посвящен жителям города и их основным занятиям, а третий — духовной жизни. Смотровая площадка располагается на четвертом этаже музея, куда ведет винтовая лестница.
Здание построено в неорусском стиле, напоминает старую крепостную башню или большую цистерну, немного расширенное сверху, выполнено из красного кирпича. Оно возвышается на три яруса, а сверху есть открытый четвёртый этаж. В последний раз здание было перестроено по проекту городского архитектора Жарова в 1912 году. А построено было как водонапорная башня города Владимира в 1868 году, располагается недалеко от знаменитых Золотых ворот. Кстати, эту функцию сначала предполагалась возложить именно на них, но судьба расположилась иначе. До 1950 года башня исправно выполняла своё предназначение. Потом построили современный водопровод, и сооружение осталось без работы. Через 14 лет ему присвоили статус архитектурного и градостроительного памятника, теперь башня охранялась государством. А в 1971 году началась для неё новая история. Она попала под крыло Владимиро-Суздальского музея-заповедника.
Реконструкции и обновления затянулись на четыре года. И вот в 1975 году в Водонапорной башне открывается для жителей и гостей города музей «Старый Владимир».