1920 թվականին Դիլիջանի գրադարանում Սերիկ Դավթյանի նախաձեռնությամբ բացվել է գավառագիտական անկյուն, որը 50-ական թվականներին, հավաքածուի հարստացման շնորհիվ, պաշտոնապես վերածվել է թանգարանի՝ համապատասխան շենքի տրամադրմամբ և տնօրեն է նշանակվել՝ Եղիշե Հովսեփյանը։ Թանգարանի պատկերասրահը ստեղծվել է 1958 թվականին, որի ստեղծման գործում մեծ ներդրում են ունեցել Հովհաննես Շարամբեյանն ու Բորիս Պիոտրովսկին: 2005թ. հին թանգարանի շենքը քանդվել է և դրա տեղում մինչև 2010թ. կառուցվել է ներկայիս շինությունը ճարտարապետ Նվեր Դանիելյանի նախագծով: Առաջին այցելուներին թանգարանն ընդունել է 2011թ. ապրիլի 1-ին: Թանգարանի ցուցադրությունը կազմված է հինգ բաժիններից՝ հնագիտության, ազգագրության, դրամագիտության, կերպարվեստի և կիրառական արվեստի։ Առանձնակի հետաքրքիր է հնագիտության բաժինը: Բազմաթիվ հնագիտական առարկաներ բերված են «Ռեդկին լագերի» ուշ բրոնզի և վաղ երկաթի ժամանակաշրջանի դամբարանադաշտի պեղումներից, որը գտնվում է Դիլիջանից 6 կմ հեռավորության վրա։ Ավելին՝ թանգարանում ցուցադրված է նաև ազգագրական հավաքածու՝ ներառյալ Տավուշի գորգեր, կարպետներ, գորգագործական դազգահ, երկրագործության մշակույթին առնչվող իրեր, արծաթե գոտիներ, դիլիջանյան կահույք և այլն։ Ցուցադրության մեջ ընդգրկված են նաև հին լուսանկարներ, որոնք ներկայացնում են Դիլիջան քաղաքի զարգացման փուլերը և առողջարանները: Դիլիջանի երկրագիտական թանգարանում պահվում և ցուցադրվում են նաև կերպարվեստի բացառիկ նմուշներ։ Թանգարանի գեղանկարչական հավաքածուն ներառում է հայ, ռուս, եվրոպացի և ամերիկացի նկարիչների գործեր։ Դրանց թվում են Հովհաննես Այվազովսկու, Վարդգես Սուրենյանցի, Մարտիրոս Սարյանի և Գևորգ Բաշինջաղյանի աշխատանքները։ Նկարների և քանդակների մեծ մասը պատկանում են սոցիալիստական ռեալիզմի ուղղությանը: Խորհրդային բաժնում է ցուցադրված հայազգի մեծ արվեստագետ՝ Մինաս Ավետիսյանի, և էլի շատ հայտնի նկարիչների ստեղծագործություններ։ Խորհրդային կերպարվեստի բաժինը հարստացնում են նաև հայտնի քանդակագործներ՝ Արա Սարգսյանի, Արտաշես Հովսեփյանի, Ղուկաս Չուբարյանի, Սարգիս Բաղդասարյաի և այլ հրաշալի քանդակագործների արվեստի գործեր։ Գրաֆիկական աշխատանքներից բացառիկ են Գառզուի, Էդգար Շահինի և Ժան Բատիստ Գրյոզի ստեղծագործությունները։ Թանգարանը նաև կազմակերպում է ժամանակավոր ցուցադրություններ, կրթական և մշակութային ծրագրեր՝ ներառյալ ցուցահանդեսներ, վարպետաց դասեր ու թեմատիկ էքսկուրսիաներ։ Այն ակտիվորեն մասնակցում է տեղական և հանրապետական միջոցառումներին, համագործակցում տարբեր թանգարանների ու կազմակերպությունների հետ։
