พิพิธภัณฑ์ท้องถิ่นวัดคุ้งตะเภา ก่อตั้งขึ้นโดยดำริของพระสมุห์สมชาย จีรปุญฺโญ (แสงสิน) และพระมหาเทวประภาส วชิรญาณเมธี เนื่องจากท่านสังเกตเห็นโบราณวัตถุและเอกสารโบราณต่าง ๆ ที่ถูกเก็บรักษากระจัดกระจายไว้ตาม สถานที่ต่าง ๆ ภายในวัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเอกสารโบราณ เช่น ใบลาน สมุดไทย สมุดข่อย จำนวนมาก (มากกว่า 100 ผูก/เล่ม) ซึ่งมีทั้งตำรายาแผนโบราณ ตำราบทพระอัยการ จินดามณี และคัมภีร์ทางพระพุทธศาสนา ซึ่งส่วนใหญ่ไม่ได้รับการดูแลอย่างที่ควรจะเป็น ท่านจึงได้ริเริ่มเก็บรวบรวมโบราณวัตถุต่าง ๆ ในวัดมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2539 จนในปี พ.ศ. 2549 จึงสามารถนำเอกสารโบราณต่าง ๆ มาจัดแสดงให้ประชาชนได้ชม โดยใช้พื้นที่ชั้นสองของกุฏิปั้นหยา เป็นอาคารสำหรับจัดแสดง เพื่อที่พระสงฆ์จะได้ดูแลรักษาเอกสารและวัตถุโบราณต่าง ๆ ที่นำมาจัดแสดงได้โดยสะดวก ซึ่งสิ่งของที่นำมาจัดแสดงให้ชมยังมีจำนวนไม่มากนัก (เพียง 4 ตู้จัดแสดง) และเอกสารโบราณและวัตถุโบราณที่สำคัญส่วนใหญ่ยังคงเก็บรักษาไว้โดยมิได้นำมาออกแสดง

เดิมนั้น พิพิธภัณฑ์ท้องถิ่นวัดคุ้งตะเภา เป็นเพียงส่วนพิพิธภัณฑ์จัดแสดงวัตถุโบราณ เพียงแห่งเดียวของตำบลคุ้งตะเภา (พ.ศ. 2554) และเนื่องจากไม่ได้รับงบประมาณสนับสนุนจากทางองค์กรปกครองส่วนท้องถิ่นและภาคราชการ ทำให้ส่วนตู้จัดแสดงสามารถวางสิ่งของจัดแสดงได้น้อย เพราะตู้จัดแสดงมีอย่างจำกัด ในขณะที่โบราณวัตถุและเอกสารโบราณที่สมควรนำออกจัดแสดงที่ท่านเจ้าอาวาสวัดคุ้งตะเภารวบรวมไว้มีจำนวนมาก

ในปี พ.ศ. 2555 วัดคุ้งตะเภาได้จัดสร้างห้องพิพิธภัณฑ์ท้องถิ่นวัดคุ้งตะเภา โดยความร่วมมือระหว่างวัดและชุมชนบ้านคุ้งตะเภา โดยการนำของเจ้าอาวาส คณะสงฆ์วัดคุ้งตะเภา และนายสมชาย สำเภาทอง ผู้ใหญ่บ้านคุ้งตะเภา สร้างพื้นที่จัดแสดงบนอาคารศาลาการเปรียญวัดคุ้งตะเภาหลังใหม่ (อาคารอสีติวัสสายุมงคลมหาศาลาการเปรียญ) และได้ย้ายสถานที่จัดแสดงจากอาคารกุฎิปั้นหยาซึ่งมีขนาดเล็ก มาจัดแสดงบนพื้นที่ใหม่ ซึ่งปัจจุบันมีตู้จัดแสดงรวมมากกว่า 20 ตู้ บนเนื้อที่กว่า 300 ตารางเมตร เต็มพื้นที่อาคารศาลาทิศตะวันออก มีการนำโบราณวัตถุศิลปวัตถุ เอกสารโบราณ และเครื่องมือเครื่องใช้ภูมิปัญญาท้องถิ่นโบราณของคนคุ้งตะเภาในอดีตมาจัดแสดง รวมมากกว่า 500 สิ่งจัดแสดง เป็นพิพิธภัณฑ์ท้องถิ่นที่ดำเนินการโดยวัดและชุมชน ที่มีวัตถุจัดแสดงมากที่สุดแห่งหนึ่งของจังหวัดอุตรดิตถ์[7]