ผ้าทอไทย ถือเป็นมรดกทางภูมิปัญญาของชาวไทย ที่นำ “ฝ้าย” ผลผลิตของประเทศมาผลิตเป็นผ้าทอมือลวดลายต่าง ๆ มีเสน่ห์ในตัวเอง สื่อถึงความเป็นเอกลักษณ์ของภูมิปัญญาท้องถิ่นในแต่ละภาค ทำให้คนไทยในปัจจุบันหันมาให้ความสำคัญกับการใช้ผ้าทอไทยและใส่ใจกับภูมิปัญญาชาวบ้านมากยิ่งขึ้น
สมเด็จพระนางเจ้า ฯ พระบรมราชินีนาถ ทรงมีวิสัยทัศน์ กว้างไกล เล็งเห็นถึงการเพิ่มศักยภาพผ้าทอไทยยกระดับสู่เวทีระดับโลก จึงเกิดโครง
การอันเนื่องมาจากในพระราชดำริหลากหลายโครงการ อาทิ โครงการ “ร้านจิตรลดา” โดยในปี พ.ศ. 2541 มหาวิทยาลัยนเรศวรเล็งเห็นความสำคัญของการสานต่ออนุรักษ์ภูมิปัญญาพื้นถิ่นด้านผ้าทอที่นับวันจะเลือนหายไปตามกาลเวลา การริเริ่มรวบรวมผลิตภัณฑ์จากผ้าประเภทต่าง ๆ จึงเกิดขึ้นเพื่อเป็นแหล่งอนุรักษ์คงไว้ซึ่งภูมิปัญญาชาวบ้าน จึงร่วมกับโครงการ “ร้านจิตรลดา” เป็นโครงการเนื่องมาจากพระราชดำริ ในสมเด็จพระสมเด็จพระนางเจ้า ฯ พระบรมราชินีนาถ สนับสนุนงบประมาณเกิดเป็น “พิพิธภัณฑ์ผ้า” ม.นเรศวร จัดแสดงผ้าฝ้าย และผลิตภัณฑ์จากโครงการ โดยสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดา ฯ สยามบรมราชกุมารี ทรงพระกรุณาโปรดเกล้า ฯ เสด็จพระราชดำเนินทรงเปิดพิพิธภัณฑ์อย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 1 ธันวาคม 2542 โดยได้จัดแสดงฉลองพระองค์ ในสมเด็จพระนางเจ้า ฯ พระบรมราชินีนาถ ที่ทรงพระกรุณาโปรดเกล้า ฯ พระราชทานแก่ ม.นเรศวร มาจนถึงทุกวันนี้
นอกจากนี้ยังมีการจัดแสดงผ้าและวิถีชีวิตของกลุ่มชาติพันธุ์ต่าง ๆ ที่มีการอพยพเข้ามาและมีอยู่เดิมในเขตภาคเหนือ ผ้าโบราณ ที่มีการนำมาใช้ในพิธีกรรมต่าง ๆ อาทิ กลุ่มไทครั่ง ซึ่งเป็นกลุ่มชนที่อพยพมาจากประเทศลาวเมื่อสมัยรัชกาลที่ 3 นิทรรศการวิถีชีวิตของกลุ่มชาติพันธุ์ใน 9 จังหวัดภาคเหนือตอนล่าง รวมถึงห้องจัดแสดงพิพิธภัณฑ์ผ้าจิตรลดา และการรวบรวมผลิตภัณฑ์งานฝีมือจากแหล่งต่าง ๆ ภายในประเทศมาจำหน่ายภายในพิพิธภัณฑ์
“พิพิธภัณฑ์ผ้า” คือ สิ่งที่สะท้อนความมีเสน่ห์ เอกลักษณ์ที่มีการถ่ายทอดภูมิปัญญา วิถีชีวิตและแนวคิด ต่าง ๆ สื่อความหมายลงบนผืนผ้า แต่กว่าที่จะมาเป็นผืนผ้าแต่ละผืน จุดเริ่มต้นของกระบวนการต่าง ๆ ม.นเรศวร ได้มองเห็นถึงความสำคัญการนำเสนอ แหล่งความรู้ที่สอดคล้องกับวิวัฒนาการในการดำรงชีวิตของมนุษย์ กว่าจะมีมาเป็นผ้า จึงเป็นแนวคิดในการจัดตั้ง