Am 12. Juli 1940 beschloss der Solothurner Regierungsrat die Gründung der «Stiftung Heimatmuseum Schwarzbubenland» mit Sitz in Dornach. Die Unterzeichnung der Stiftungsurkunde erfolgte am 5. April 1941. Als Initiant und Vorantreiber der Idee einer Museumsgründung gilt Dr. Otto Kaiser.
Mit der Einrichtung der Stiftung erwarb der Kanton Solothurn die ehemalige katholische Pfarrkirche St. Mauritius in Dornach für einen symbolischen Betrag von CHF 5'000.- zum Zweck der Umnutzung als künftiges Museumsgebäude. Während der Kriegsjahre diente das seit 1939 leer stehende Gebäude jedoch vorerst als Lagerraum für das Militär. Erst 1946 konnte eine Museumskommission gegründet werden, die sich aus folgenden Mitgliedern zusammensetzte: Otto Kaiser (Präsident), Ernst Baumann, Richard Boder, Pierre Pobé, Vinzenz Bühlmann, Albin Fringeli, Hugo Kunz und Walter Pflugi. Durch Aufrufe, Sammelaktionen und Unterstützungsgelder aus dem Lotteriefonds und von der Eidgenossenschaft konnte die finanzielle Basis für den Umbau des Gebäudes geschaffen werden. Bei den Bauarbeiten kamen im Chor Wandmalereien zum Vorschein. Bei der Kreuzigung und Kreuzabnahme von 1597 nach Holzschnittvorlagen aus dem 15. Jh. handelt es sich um eine Stiftung von Hans Gibelin, Landvogt auf Schloss Dorneck (1593-1599).
Am 2. Februar 1947 wurde zur Förderung des Museums der Verein «Freunde des Heimatmuseums Schwarzbubenland» gegründet, der sich auch der historischen und volkskundlichen Forschung widmete. Er erweiterte die Sammlung durch Ankäufe und Schenkungen von Privaten (u.a. Theo Schweizer, Arthur Erzer, Emil Wiggli, Richard Boder und Otto Kaiser), Depositen der kantonalen Altertümerkommission und einiger Museen in Solothurn, Basel, Olten, Schönenwerd sowie des Zeughauses Solothurn. Am 11. Juni 1949 konnte das Museum feierlich eröffnet werden.
Die Sammlung umfasst Archäologisches und Naturkundliches (zahlreiche Versteinerungen aus der Sammlung Amanz Gressly, paläolithische Funde aus der Kastelhöhle im Kaltbrunnental, neolithisches Fundmaterial, die Beigaben aus dem frühlatènezeitlichen Grab in Dornachbrugg, römische Funde aus Dornach und Himmelried und eine prachtvolle frühmittelalterliche Gürtelschnalle mit Silberornamenten sowie ausgestopfte Vögel und Tiere des Natur- und Vogelschutzverein Dornach), Volkskundliches (landwirtschaftliche und handwerkliche Geräte, Möbel) ausserdem Waffen, Bilddokumente, Modelle von Burgen und Schlössern, Gedenktafeln, Grabmonumente, Glocken, Kirchengerät, Kunstwerke etc. Besonders zu erwähnen sind die Statue des heiligen Nepomuk (Original von der Birsbrücke um 1735) ein Taufstein aus dem Jahr 1470, die bemalten Altarflügel aus der Kirche von Büsserach (Mitte 16. Jh.) und das Grabmal des Philosophen und Mathematikers Pierre Louis Moreau de Maupertuis. Ausserdem stellen diverse Sammlungsstücke rund um die Schlacht bei Dornach (22. Juli 1499) einen besonderen Schwerpunkt der Ausstellung dar.
Sanierungen des Gebäudes wurden in den Jahren 1975-1977 (Glasfenster und Fassade), 1997 (Abriss der beiden Wagenschopfe und moderner Bau an ihrer Stelle) und 2002 (Aussenrenovation) durchgeführt. Sie wurden jeweils durch Beiträge der Gemeinden, des Kantons, des Lotteriefonds, von Sponsoren und Spendern und aus dem Erlös grosser Dorffeste finanziert.