Lokaliniai tyrinėjimai vykdomi siekiant geriau pažinti Kretingos krašto visuomeninio, ūkinio, kultūrinio ir politinio gyvenimo raidą, atskleisti muziejaus rinkiniuose saugomų eksponatų istorinį kontekstą, kaupti duomenis apie krašto istorijos ir kultūros paveldo objektus.
Muziejus vykdo archeologinius, istorinius ir etnokultūrinius tyrinėjimus. Archeologinių tyrimų tikslas – rinkti ir kaupti medžiagą apie Šiaurės vakarų Lietuvos regiono priešistorę, senųjų šio krašto gyventojų materialinę kultūrą, ieškoti naujų archeologinių paminklų.
Archeologiniams tyrinėjimams pradžią davė 1958 m. muziejaus organizuotos archeologinės ekspedicijos, kurioms vadovauti buvo kviečiami Lietuvos istorijos instituto archeologai. Nuo 1988 m. archeologijos paminklų tyrinėjimams vadovauja muziejaus specialistai. 1991 m. pagrindiniu šių tyrimų objektu tapo Lazdininkų (Kalnalaukio) kapinynas ir senovės gyvenvietė, 2004 m. pradėta tyrinėti Kretingos dvarvietė.
1999 m. užmegzti ryšiai su Vilniaus universiteto Archeologijos katedra, nuo 2000 m. vykdomos bendros archeologinių tyrimų ekspedicijos, 2002–2004 m. atliktas VU, Geologijos instituto ir muziejaus kompleksinio tyrimo darbas „Ankstyvosios žemdirbystės laukų sistemos Vakarų Lietuvoje“, 2002–2005 m. dalyvauta VU parengtoje tarptautinėje mokslinėje programoje „Sugrįžtanti istorija – Ėgliškių, Andulių (Kretingos raj.) kapinynas“. Nuo 2006 m. bendradarbiaujama su Klaipėdos universiteto Baltijos regiono istorijos ir archeologijos institutu, 2007 m. pasirašyta su Klaipėdos universitetu bendradarbiavimo sutartis. Abiejų universitetų dėstytojai prisideda prie Kretingos rajono archeologinio paveldo populiarinimo, skaito mokslinius pranešimus muziejaus surengtose mokslinėse teorinėse konferencijose. 2001 m. surengta pirmoji tarptautinė mokslinė konferencija ir archeologinė ekspedicija, kurioje dalyvavo Tartu universiteto (Estija) mokslininkai.
Atliekant istorinius tyrimus pagrindinis dėmesys skiriamas Kretingos miesto, dvaro ir muziejaus praeičiai. Nuo 1990 m. tyrinėjama Kretingos krašto tremties ir rezistencijos istorija, kartu su LGGRTC Memorialinių vietų departamentu vykdoma Kretingos, Skuodo ir Plungės rajonuose veikusios Žemaičių apygardos Kardo rinktinės partizanų slėptuvių, žuvimo, mūšių, atminimo ir laidojimo vietų inventorizacija. Muziejui persikėlus į grafų Tiškevičių Kretingos dvaro rūmus, prioritetine istorinių tyrimų sritimi tapo archyvinės ir ikonografinės medžiagos rinkimas ir kaupimas grafų Tiškevičių giminės Kretingos (Lentvario) linijos istorijai pažinti.
Etninės kultūros tyrinėjimus muziejus pradėjo vykdyti nuo 1935 m. Pirmosiose ekspedicijose aktyviai dalyvavo Kretingos apskrities mokyklų mokytojai, o joms vadovavo muziejaus pagalbininkas prof. Ignas Končius. Tyrinėjant etninę kultūrą, sukaupta ir apibendrinta medžiaga apie Kretingos krašto materialinę kultūrą, žemaičių papročius ir tradicijas, senąsias kaimų kapines, memorialines vietas, smulkiosios sakralinės architektūros statinius. Duomenys apie juos kasmet papildomi istorijos ir kultūros paveldo objektų stebėsenos išvykų bei etnografinių ekspedicijų metu.
Vykdydamas lokalinius tyrimus, muziejus bendradarbiauja su VšĮ „Versmės“ leidykla, leidžiančia lokalinių monografijų seriją „Lietuvos valsčiai“. Muziejaus darbuotojai prisidėjo prie monografijos „Kartena“ parengimo, o šiuo metu dalyvauja rengiant medžiagą monografijai „Darbėnai“.
Lokalinių tyrimų metu surinkta daiktinė medžiaga saugoma muziejaus rinkiniuose, o rašytinė – moksliniame archyve.