Vzporedno s stalno razstavo lutk na Ljubljanskem gradu je v gledališču začel delovati muzejski oddelek, ki se ukvarja z raziskovanjem lutkovne preteklosti. Muzej hrani obsežno zbirko predmetov iz slovenske lutkovne zgodovine, sodeluje v različnih projektih, pripravlja ustvarjalne delavnice in se povezuje na mednarodni ravni. Za obiskovalce najzanimivejši del muzeja je vsekakor stalna razstava z naslovom Podobe slovenske lutkovne umetnosti 1910–1990, ki obiskovalcem različnih starosti približa slovensko lutkarstvo, največje lutkovne uspešnice, najpomembnejše ustvarjalce in posebnosti slovenskega lutkarstva v širšem kontekstu.
V sklopu evropskega projekta Iz zaodrja: pionirji evropskega lutkarstva