乌海市博物馆于2004年9月23日成立并正式对外开放，2018年9月18日公布为国家三级博物馆，2008年6月中旬按照市委、市政府的统一规划，暂时搬迁至滨河区市科技馆二楼，展厅面积1000平方米，文物库房面积200平方米。乌海市博物馆结合反映地方特色的历史文物和大量地质演进的图表，以跳跃串珠式的布展方式生动真实地讲述了乌海地区的地质变迁、历史沿革及民俗文化，是一座集文物收藏、文物保护、文物展览、社会教育、文化交流于一体的综合性博物馆。目前馆藏文物6000余件/套，展出精品文物200余件/套，其中国家级文物103件/套。
乌海市博物馆以时间为轴，将展览分为三个单元，每一个部分讲述一段时期内乌海地区的历史变迁和文化积淀。整个展览第一件展品，也是最能吸引人们眼球的展品之一——巨大而古老的硅化木，经历了2亿5千多万年的沧海桑田，用依旧清晰可见的年轮讲述着这片土地上不为人知的故事，引领人们来到展览的第一个单元——沧海桑田亿万年来的生命演进。
乌海地区是36亿年前鄂尔多斯古大陆的一部分，系古地中海浸区经第三次喜马拉雅山隆起而成，历经沧海桑田，逐渐形成了现在的“三山两谷一河”的基本地形地貌特征。考古学家在乌海各处发掘出的海洋古生物化石，证实了乌海早在亿万年前真的有海。早在古生代早期，这片浩瀚无穷的海洋里发展并形成了庞大的海洋无脊椎动物群，馆内展出的三叶虫、笔石动物、头足动物、腹足动物等化石，不仅反映了原始生命演进的历程，也是当时这片海域与欧洲、甘青藏海域相连及生物--流融合的鲜明佐证。到晚生代时期，乌海地区受地质构造运动影响，出现了海陆交互的情况，植物登上陆地，形成了一片以裸子植物和蕨类植物为主的原始森林。馆内所陈列的枝脉蕨等植物化石叶片清晰纹理分明，像是大自然在岩层里写下的日记。也正是由于这一时期乌海地区的植被繁茂，加上剧烈的地质构造运动，才形成了如今丰富的煤矿资源。几经地质构造运动，乌海地区逐渐形成了群山起伏、黄河奔流的地理地貌。在新生代时期，这片大地上植被繁茂，物种多样，哺乳类动物迅速发展，以馆内所展原鹿、副巨犀、纳玛古菱齿象化石等为主，勾勒出一幅生机盎然、万物兴荣的场景。其中位于展厅正中心的、有着“网红”名号的纳玛古菱齿象骨架（复制品）一直是乌海市博物馆的“大明星”，无数市民及外地游客慕名而来，拍照打卡；几乎每一个到馆参观的青少年儿童都在它周围驻足，用稚嫩的声音询问所有关于它的知识。这架纳玛古菱齿象骨架（复制品）是根据1987年在乌海市乌达区白泥沟发掘出土的部分古菱齿象化石（臼齿、肩胛骨、髋骨、肱骨等）1：1比例复原的，复原后整个骨架长8.7米，高4.15米，其身形之巨大令人震撼，纳玛古菱齿象是第四纪更新世晚期分布于我国华北地区的重要古生物，距今已有四五十万年的历史，它的发现也进一步证实了乌海地区曾经草木繁盛、气候温暖的生态景象。
乌海博物馆馆标的正中，是一个风格独特的图腾，形似太阳却有着人面的五官等特征，古老而神秘，这便是乌海市文化旅游的代表图腾——太阳神岩画。乌海市博物馆运用一整个单元来展示这些古代文明的记录，这个单元有一个气势磅礴的名字——大漠天问千秋呐喊的无字天书。
距今一万年到四千年前的新石器时代，在黄河母亲的孕育下，乌海地区就出现了从事狩猎、采集和原始农耕的早期氏族人群，后有距今四千年至两千八百年前的夏商时期生活在这里的古 羌、匈奴、鲜卑、突厥、党项等一代代从事游牧与狩猎的北方民族，他们相继在黄河的沟畔缓坡、丛山岩石上刻绘了大量形态各异、内容丰富的岩画，形成了桌子山岩画群。桌子山岩画群是乌海地区最具代表性的历史遗迹，其中以召烧沟岩画最著盛名。召烧沟岩画是一处新石器时代北方原始部族的文化遗迹，共有298幅单体画像，其中90%都是人面画像，形态各异、内容丰富，艺术风格粗犷古朴。著名的太阳神岩画就出自这里。乌海博物馆展厅运用整面墙壁展示召烧沟岩画的巨幅拓片，整幅拓片岩画内容多样，以人面画像居多，人面画像又多以头四周布满刺芒状物、神似太阳形象的居多，其中一幅篇幅最大、线条最粗且清晰的便是乌海市文化旅游的象征图腾，命名为太阳神岩画。这幅太阳神岩画面积为145厘米×125厘米，是这一岩画群中磨刻痕迹最深的一幅，头四周布满刺芒状物，面部眉、眼、鼻、嘴具备，刻画细致入微，神似太阳，极具象征意味。在太阳神岩画左侧，有一幅长方形四宫格图案岩画，四个格子内各有一个太阳状图形，似是以太阳的形象表达春夏秋冬四季更迭，构思奇特,引发人们无数猜想。
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乌海地区踞山带河，地理位置十分重要，从夏商到明清，这里一直是中原王朝与北方游牧民族的交界之地。秦始皇统一中原后，向北大败匈奴，为阻止匈奴南下，依据地形地势修筑了长城。踏上长城，走进乌海博物馆第三个单元——紫塞风云百世不朽的历史壮歌。
秦时乌海地区属北地郡管辖，汉属朔方郡。秦长城穿乌海而过，沿线有大小烽燧8处，居住址7处，汉代古墓（新地墓群、巴音陶亥墓群、海南区东风墓群、三道坎墓群、三坝村古墓群）5处，以及新地古城遗址1处，乌海地区成为秦汉两朝与北方匈奴等游牧民族往来的重要地带，这些古墓古城遗址0-土了大量陶器、青铜器、钱币等文物，为乌海地区秦汉时期历史的考古研究工作提供了大量参考和佐证。伫立于博物馆展厅精品独立展柜中的汉代绳纹灰陶罐就出土于新地古城遗址，其腹径89厘米，高74厘米，器型粗狂大气，是一件灰陶泥质大罐。该罐平口卷沿，束颈溜肩鼓腹，腹上部饰有一道凸弦纹与三道粗绳纹，腹下逐渐内收，平底，是一件国家二级文物。
东汉末年到三国、晋、十六国时期，活动在北方草原的匈奴、鲜卑等少数民族，大多进入长城以南，移居黄河流域。他们互相争战或者与中原王朝较量，形成长时间战乱局面。乌海地区地处边陲要塞，在这一时期内时而战火纷纷，时而和平交往。西夏时期，乌海地区属灵州北界与贺兰山防区，先后与辽和蒙古对峙抗衡，曾有一元西夏大将驻军于此。历经近一千年的变迁，他的墓穴已遭破坏，仅剩半块残碑书写他的生平功绩，以及一众文武官员石雕像立于他墓前甬道上。古人讲究事死如事生，这些文武官员石雕像以表达他在死后继续统领众将、指点江山的雄风。据碑文记载，墓主人为世代贵胄，活跃于西夏崇宗、仁宗两朝，驻军于乌海地区，曾担任黑山威福军之监军，最后官至参知政事。这半块残碑上的内容对乌海地区西夏时期的考古研究工作提供了资料，极具历史价值。元朝时，乌海地区为宁夏行省中兴路管辖。乌海市博物馆馆藏展览的元代飞天石雕，是一件国家一级文物，其姿态圆润丰满，面容祥和，雕刻线条生动，实为馆藏精品。飞天诞生于古印度，是佛教中乾闼婆和紧那罗的化身。随着佛教传入中国后，与中国的道教交流融合，产生了独具中国文化特色的飞天形象。明清时期，蒙古鞑靼、瓦剌各部强盛起来，构成对 明朝北方边境的严重威胁，乌海处于边界，为加强长城防御作用，三边总制刘天和沿黄河东安修筑边墙，自宁夏陶乐进入乌海，史称陶乐长堤。乌海现存明长城遗址约39391.1米，眼线烽火台遗址7座，其中红墩烽火台、二道坎烽火台轮廓清晰，保存较好。清代满巴拉僧庙于1966年曾遭毁坏，2000年开始复建后，如今已修复了大雄宝殿、药师佛塔、配殿、牌楼等部分建筑，并修建了上山道路，进行了山体绿化，逐渐恢复香火。2012年满巴拉僧庙旅游景区荣获国家3A级景区。
习近平总书记在十九大会议指出：“文化是一个国家一个民族的灵魂，文化兴国运兴，文化强民族强，没有高度的文化自信，没有文化的繁荣兴盛，就没有中华民族伟大复兴。”乌海市博物馆作为乌海市的历史讲述者、文物守护者和社会教育者，肩负整个城市的文化建设工作，作为新一代博物馆人，我们要了解使命、承担使命、努力完成使命，充分利用馆藏文物的展示展览，向广大群众普及城市文化内涵，让文物真正意义上“活起来”，“活”在每一个人的生活中。文物不仅承载了所在地千百年来的灿烂文明，它还是一座城市历史文化的传承，是老祖宗留给我们的宝贵遗产。通过合理的展陈布置，使文物之间产生联系，让无数文物串联成为历史，就是博物馆不该遗忘的初心；利用展览向群众宣传历史文化、传播历史知识、传承中华五千年历史沉淀之理法、传递社会正能量，就是博物馆应当牢记的使命！