도난, 훼손 등 위험요소가 있는 사찰 전래의 문화재들을 안전하고 효율적으로 보존 전시하는 한편, 체계적인 연구를 통해 불교문화에 대한 올바른 이해를 목적으로 1987년 문화부의 인가를 받아 설립한 한국 최초의 사찰 박물관으로, 1999년 4월 현재의 모습을 갖추었다.
통도사성보박물관은 대지 5,000평에 지하 1층, 지상 3층(1,300평) 규모로 실내 전시공간과 학예연구실, 4개의 유물수장고와 자료실, 보존관리실, 문화센터 등을 갖추고 있다.
성보박물관 소장품은 총 3만 1000여 점에 달하는데, 대체로 사찰 전래 유물과 불도들의 기증품, 그리고 약간의 수집품으로 이루어졌다. 그 가운데 통도사의 역사를 알 수 있는 조각류, 금속 및 목조공예품, 서화류가 1만여 점이고, 혜각스님 서화 400여 점, 월저 김진조 선생 수장품 270여 점, 우일스님 불화초본 260여 점, 정우스님 고서 400여 점, 범하스님 도자기 및 고문서 등을 합해 총 기증품이 2만여 점이다.
전시실은 불교회화실/통도역사실/기증유물실/기획전시실로 이루어졌으며, 소장 유물 가운데는 국보 1점, 보물 8점, 지방유형문화재 32점이 포함되어 있다. 특히 청동은입사향로(보물 334), 문수사리보살최상승무생계경(보물 738), 감지금니대방광불화엄경(보물 757), 영산전팔상탱화(보물 1041), 대광명전삼신탱화(보물1042)를 비롯해 국내 박물관으로는 유일하게 12m이상 되는 대형괘불을 전시할 수 있는 전시대가 중앙 홀에 마련되어 있어 정기적인 괘불 전시회를 열기도 한다.
상설 전시 외에도 학술조사, 문화재 복원, 특별전시회, 100여 권의 조사보고서와 특별전 도록 발간, 세미나 개최, 박물관 대학 운영, 각종 문화강좌 등 다양한 사업을 펼치고 있다.