Gudhjem Museum er beliggende på Stationsvej, 3760 Gudhjem og ejes og drives af Gudhjem By-og Mindeforening. Museet er indrettet i den gamle stationsbygning, der er tegnet af arkitekterne Kay Fisker og Aage Rafn. Den blev indviet i 1916 og fungerede som endestation for Gudhjembanen indtil den blev nedlagt i 1953.

I 1968 kom bygningen til salg, og det lykkedes da Gudhjem By-og Mindeforening at erhverve denne arkitektoniske perle næsten intakt. I dag er den fredet. Bygningen var dog ikke særlig velegnet til kunstudstillinger, så der blev arbejdet ihærdigt for at skaffe midler til en tilbygning, hvor der kunne arrangeres kunstudstillinger og koncerter m.m. og hvor der var mulighed for foredragsvirksomhed og lignende.
 
Det lykkedes at skaffe de fornødne midler i slutningen af 1980'erne, og i 1991 blev den nye tilbygning indviet. Den er tegnet af arkitekt Niels Frithiof Truelsen, der også har stået for tilbygningen til blandt andet Faaborg Museum. Den er i det ydre nært beslægtet med trinbrættet ved Christianshøj i Almindingen, der ligeledes er tegnet af Kay Fisker og Aage Rafn. Trods sin beskedne størrelse er der integreret mange funktionsmuligheder i bygningen. Ovenlysvinduet og de høje vinduer mod øst giver rolige lysforhold, og et system af forskydelige skillevægge i siderne giver mulighed for ekstra vægplads ved større udstillinger.

Den nye udstillingsbygning er forbundet med den gamle stationsbygning ved hjælp af en glasgang.


Der har dog stadig været et behov, den nye tilbygning ikke kunne opfylde og som heller ikke lod sig passe ind i stationsbygningen - nemlig magasinplads til de mange effekter som museet gennem årene er kommet i besiddelse af, og som ikke udstilles til daglig. Men nu er også dette problem løst. I foråret 2001 indvies en tilbygning til tilbygningen - en magasinbygning hvor blandt andet fotoarkivet, malerier, klædedragter, dokumenter og alle de andre genstande, der kræver gode opbevaringsmuligheder for ikke at lide skade, kan opbevares under betryggende forhold.