La collection est constituée d’un fond ethnographique et d’un fond archéologique concernant l’histoire des Hautes-Pyrénées. Collection dite « Bigorre et Quatre Vallées » selon les noms de provinces et anciens pays qui constituent l’actuel département.

Le musée est né de la volonté de Placide Massey de doter sa ville d’un muséum d’histoire naturelle. Dès la fondation du musée, pour affirmer ce caractère scientifique, la ville de Tarbes y transfère les collections d’histoire naturelle jusque-là conservées à la bibliothèque municipale.

Fondée dans ce but par Achille Jubinal, la Société Académique favorise les acquisitions de sculptures et d’objets archéologiques témoins de l’histoire des Hautes-Pyrénées.

Le musée opère un nouveau virage avec l’arrivée, en 1955, d’un jeune conservateur formé à l’ethnologie française, Marcel Boulin. Les critères et les buts suivis par Boulin entre 1955 et 1962 sont exactement calqués sur ceux du Musée National des Arts et Traditions Populaires appliqués au territoire du département des Hautes-Pyrénées. Son intention était de recueillir le témoignage de la « société pré-machiniste » survivant encore à cette époque et de mettre en valeur les diverses technologies de l’agro-pastoralisme et de l’artisanat.
Plus de 6000 objets illustrant les modes de vie et les comportements des populations vivant ou ayant vécu sur ce territoire ont ainsi été rassemblés. Le milieu pyrénéen a privilégié les divers aspects d’une société agro-pastorale et la personnalité du conservateur a mis l’accent sur les technologies.

Actuellement, la collection Bigorre et Quatre Vallées n'est pas présentée au public.