La I Exposició d'Art del Penedès, celebrada a Vilafranca l'any 1926, fou una fita molt important pel futur cultural de la població i el seu museu. El pare Martí Grivé i la seva arribada al Col·legi de Sant Ramon de Penyafort, foren l'empenta definitiva. Va formar una col·lecció de fòssils i minerals de la comarca i s'interessà per l'arqueologia. Creà dins el col·legi el Museu Olerdolà, arrel del descobriment d'una sitja.
L'any 1934 es va constituir una comissió mixta entre l'Ajuntament i el museu i es va obtenir un local cèntric, al costat de l'antic convent de Trinitaris. Mossèn Trens fou l'encarregat de muntar el primer museu. Aquella iniciativa havia de dur a la constitució, el 14 d'agost de 1935, del primer patronat del Museu de Vilafranca, presidit per l'alcalde de la vila.
Finalment, el 26 de gener de 1936 fou comprat l'edifici ocupat per la taverna de Cal Noi Noi, antic palau reial del segle XII, que esdevindria la primera seu pròpia del Museu.
Per mediació de Mn. Trens, el comitè executiu de la I Exposición y Feria Oficial de la Viña y del Vino costejà una exposició arqueològica del vi, inaugurada al Museu en ocasió del certamen celebrat a Vilafranca l'estiu de 1943. En ella s'hi mostraren materials des de l'època dels ibers i fins el segle XIX. La mostra es completava amb l'exposició "El vino en las artes plásticas" i amb els diorames sobre la història del vi, obra dels pessebristes Campllonch i Albornà, segons un disseny de Lluís Maria Güell i amb la coordinació del pintor local Pau Boada. Poc després, la junta directiva decidí convertir l'exposició en una secció permanent d'arqueologia del vi, que més tard esdevindria el Museu del Vi, amb afegits posteriors. L'any 1944 s'inaugurava el primer museu del vi de l'Estat espanyol.
A partir de la dècada dels seixanta, l'ingrés de grans donacions van generar un fort impuls al Museu, que va veure ampliades les seves dependències amb l'objectiu d'adequar el patrimoni adquirit en noves sales d'exposició. Als anys setanta, el Museu inauguraria successivament les sales d'exposició de les noves col·leccions que marcarien els darrers trenta anys de la seva història: la col·lecció ornitològica del Penedès, del Sr. Pere Mestre Raventós; la col·lecció d'art i mobiliari del Sr. Antoni Pladellorens; la col·lecció d'art de Mossèn Trens; la col·lecció de ceràmica de Mossèn Bonet i l'ampliació de les col·leccions arqueològiques amb la tasca de Pere Giró.
L'any 2000, es crea l'entitat Museu de Vilafranca - Museu del Vi, Fundació Privada, gràcies a la col·laboració entre l'Ajuntament de Vilafranca i la Caixa d'Estalvis del Penedès. Amb això, el Museu enceta una nova etapa que l'ha de conduir a la renovació dels seus espais per tal d'equiparar-lo als Museus del segle XXI.
