Первоначально музей состоял из двух мемориальных комнат и тематической экспозиции «Чистопольские страницы», посвященной пребыванию деятелей литературы и искусства в Чистополе в годы войны.
Воссоздание обстановки мемориальных комнат происходило на основе воспоминаний людей, бывавших в гостях у Бориса Пастернака, и хозяев квартиры. Кроме того, внутреннее убранство дома было подробно описано в книгах и воспоминаниях Александра Гладкова. Предметы, находившиеся в комнате писателя, сохранились на момент создания музея, они представлены в экспозиции и имеют мемориальное значение. Особую ценность представляют мебель, которой пользовался поэт, его личные вещи, подлинники фотографий и писем советских писателей, прижизненные издания произведений Пастернака, книги с дарственными надписями. Все предметы относятся к фонду Чистопольского государственного музея-заповедника. Кроме указанных, в фондах музея-заповедника имеются также относящиеся к музею Б. Пастернака уникальные коллекции: графические портреты писателей чистопольского художника И. А. Нестерова; коллекция фарфора по сюжетам литературных произведений. В музее представлены документальные источники: фотографии, письма, страницы воспоминаний, дневниковые записи.
Долгое время музей вынужден был соседствовать с жилыми помещениями нескольких чистопольских семей, и довольствовался малыми площадями: музей занимал две двухкомнатные квартиры общей площадью 111 кв. метров. Экспозиционная часть была крайне мала и не отвечала нормам музея и требованиям современного посетителя.
В 2010 году в связи с отселением жильцов дома всё здание было передано музею. В 2012 году были проведены масштабные ремонтно-реставрационные работы, после чего Мемориальный музей Б. Пастернака получил новые экспозиционные площади, зал для проведения мероприятий и временных выставок, кабинеты сотрудников и современное оборудованное фондохранилище.
В музее сохранена обстановка мемориальных комнат. В 2015 году, когда исполнилось 125 лет со дня рождения Бориса Пастернака, в Мемориальном музее создана новая экспозиция, рассказывающая не только о чистопольском периоде, но и в целом о жизни и творчестве Бориса Леонидовича. Экспозиция расположилась в 6 залах (2 из которых — мемориальные комната и кухня). В музее представлена семья, в которой воспитывался будущий Нобелевский лауреат, годы его юности и учебы, взаимоотношения с властью, коллегами. В новой экспозиции преподносится и история создания романа «Доктор Живаго», изменившего судьбу Бориса Пастернака.
Ежегодно Мемориальный музей посещают более 10 тыс. гостей со всего мира.
Мемориальный музей Б. Пастернака в Чистополе видел много поклонников творчества писателя. И каждый из них, погружался в мир, где Борис Леонидович жил и творил…
В музее популяризируется творчество и других писателей, находившихся в эвакуации в Чистополе в годы Великой Отечественной войны. Проводятся лекции, выставки, литературно-музыкальные вечера, читательские конференции, музейные педагогические программы, уроки и видеопрограммы, презентации книг, встречи с писателями и деятелями культуры, литературные праздники для младших школьников, семинары по изучению творчества Пастернака для учителей школ города.
Мемориальный музей Б. Пастернака является структурным подразделением ГБУК РТ «Чистопольский государственный историко-архитектурный и литературный музей-заповедник».