لزوم موزه بزرگ و جامع متناسب با شأن و شکوه خراسان را اندیشمندان و فرهیختگان خراسانی پیش از انقلاب اسلامی احساس کرده و در سال 1356 ش. پیشنهاد داده بودند؛ اما شرایط انقلاب و تداوم جنگ تحمیلی مانع از تحقق آن شد. در سال 1371 ش. مجدداً ایده موزه بزرگ خراسان مطرح و این بار طرح پیشنهادی آن به مسابقه گذاشته شد و از میان طرح های متعدد و متنوع، طرحی که روانشـاد دکتر محمدامین میرفندرسکی با الهام از بنای عمارت خورشید کلات نادر ترسیم کرده بود توسط هیئت داوران برگزیده شد و طی مذاکرات و توافقات صورت گرفته با شهرداری مشهد 4900 مترمربع زمین از اراضی بوستان کوهسنگی در اختیار اداره کل میراث فرهنگی، صنایع دستی و گردشگری خراسان رضوی گذاشته شد و در نیمه دوم سال 1382کلنگ موزه بزرگ در آن محل به زمین زده شد. در سال 1384 شرکت مشهد سازه ساختمان موزه را آغاز نمود که پس از اتمام سفت کاری ساختمان موزه و 90 درصد از بخش تأسیسات، باقی مانده کار به شرکت دشت بهساز واگذار گردید.
این بنا با استفاده از فن آوری های نوین و در بالاترین حد استاندارد، با 18000 متر زیربنـا و 53 متر ارتفاع در 12 طبقه ساخته شده است که در تاریخ 1393/11/18 تحویل موقت آن از پیمانکار صورت پذیرفت.
در راستای ارج نهادن به نقش بسزای افراد ذیل در طراحی و ساخت موزه، بخش هایی از این مکان به نام آقایان دکتر میرفندرسکی، مهندس کازرونی و دکتر باقر آیت ا... زاده شیرازی نامگذاری شده است.
مـوزه بزرگ خراسان دربرگیرنده بخش های ذیل می باشد:
* مخزن نگهداری اشیاء منقول تاریخی و تزئینات معماری: این مکان مجهز به پیشرفته ترین امکانات امنیتی ضد حریق، ضد زلزله و آسیب های جنگی است.
* آزمایشگاه حفاظت و مرمت اشـیاء تاریخی و تزئینات تاریخی (روانشـاد دکتر باقر آیت ا... زاده شـیرازی): این مکان علاوه بر امکانات و تجهیزات کارگاهی و آزمایشگاهی حفاظت و مرمت، دارای بخش پژوهش، مستندسازی و مطالعات اشیاء تاریخی و تزئینات معماری نیز می باشد.
* سـالن اجتماعات (روانشاد دکتر محمدامین میرفندرسکی): مجهز به سیسـتم های سمعی و بصری بوده و ظرفیت حدود 140 نفـر را داراست.
* کتابخانه تخصصی (روانشاد مهندس سراج الدین کازرونی): با گنجایش بیش از 5000 جلد کتاب، اسناد و عکسهای تخصصی بوده و مکانی مناسب جهت مطالعه پژوهشگران و علاقه مندان می باشد. * سالن نمایشگاهی و موزه ای: با مساحتی بالغ بر 2700 مترمربع جهت برپایی نمایشگاه های دوره ای و فصلی از آثار تاریخی و آثار هنری معاصر پیش بینی شده است.
* سالن موزه ای: در 3 طبقه و با مساحتی بالغ بر 4000 مترمربع می باشد، که در واقع هسته اصلی موزه بوده و اشیاء به نمایش درآمده در آن قسمت ها، اشیاء تاریخی مکشوفه از منطقه خراسان خواهد بود.
در حال حاضر اشیاء به نمایش درآمده در موزه بزرگ شامل ابزار سنگی، اشیاء سفالی، شیشـه ای، فلزی، قطعات گچبری، نسخ خطی و چرم می باشد که نشان دهنده عظمت و شکوه خراسان در قرون گذشته می باشد. این اشیاء مربوط به دوران پیش از تاریخ، تاریخی و اسلامی بوده قدیمی ترین آن ها به دست افزارهای عصر پارینه سنگی (حدود هشتصد هزارسال قبل) و جدیدترین آن ها به دوران معاصر تعلق دارد.
این نمایشگاه تجلی گاه نبوغ، استعداد و فرهنگ خراسانیان است که امیدست تاریخ خراسان، شکوه و عظمت گذشته را به نسل آینـده بشناساننـد.