Od 1942 do końca niemieckiej okupacji zbiory Muzeum były dostępne tylko dla ludności niemieckiej.
PRL 16 stycznia 1945 roku, po wyzwoleniu miasta przez Armię Czerwoną, muzeum wznowiło działalność w swojej dotychczasowej siedzibie. W maju tego roku instytucję przeniesiono do, opuszczonego przez zlikwidowany w 1944 Bank Handlowy, budynku przy ulicy Piłsudskiego 12. W tym samym czasie dokonano reorganizacji placówki – nadano jej nazwę Muzeum Miejskiego, podporządkowano Zarządowi Miejskiemu i podzielono na 4 działy: archeologii, historii, sztuki oraz administracyjny. Muzeum Miejskiemu podporządkowano obszar Radomia i powiatów iłżeckiego, koneckiego, kozienickiego, opoczyńskiego i radomskiego. W 1949 w związku z podjętymi przez rząd działaniami mającymi na celu zniesienie samorządu terytorialnego w Polsce Muzeum Miejskie, jako instytucja podległa Zarządowi Miejskiemu, zostało znacjonalizowane i podporządkowane administracyjnie Muzeum Świętokrzyskiemu w Kielcach. W 1958 roku muzeum zostało podporządkowane miejskiej Radzie Narodowej i przemianowane na Muzeum Regionalne. W tym okresie nastąpił dalszy rozwój placówki i jej reorganizacja. W latach 1952–1965 powstały działy archeologiczny, etnograficzny i oświatowy. Kolejne przekształcenie formalne Muzeum miało związek z utworzeniem w 1975 roku województwa radomskiego.