โดยตั้งแต่เมื่อวันที่ 2 พฤศจิกายน พ.ศ. 2538 ทรงมีพระราชดําริกับคุณหญิงจรัสศรี ทีปรัตน์ ผู้ว่าราชการจังหวัดนครนายกขณะนั้นเพื่อให้ดําเนินการจัดสร้างพิพิธภัณฑ์เขื่อนคลองท่าด่าน โดยจัดแสดงประวัติความเป็นมาของเขื่อนและหลักฐานทางศิลปวัฒนธรรมพื้นบ้านและโบราณคดีในพื้นที่จังหวัดนครนายกในการนี้กรมศิลปากรเป็นหน่วยงานที่ออกแบบอาคารพิพิธภัณฑ์และรูปแบบการจัดแสดงนิทรรศการภายในพิพิธภัณฑ์

ต่อมาพ.ศ. 2547 สํานักงานคณะกรรมการพิเศษเพื่อประสานงานโครงการอันเนื่องมาจากพระราชดําริ หรือ กปร. ได้จัดสรรงบประมาณประจําปีจํานวน 50,000,000 บาท
สําหรับการก่อสร้างอาคารพิพิธภัณฑ์ การจัด แสดงนิทรรศการ และระบบสาธารณูปโภคที่จําเป็น อาคารพิพิธภัณฑ์เขื่อนขุนด่านปราการชลสร้างแล้วเสร็จในปี พ.ศ. 2550 ประกอบด้วยกลุ่มอาคาร 5 หลัง
อาคารมีพื้นที่รวม 2,800 ตารางเมตร บนพื้นที่รวม 10 ไร่

ต่อมาอาคารพิพิธภัณฑ์เขื่อนขุนด่านปราการชลได้รับความเสียหายจากพายุฝนประกอบกับสมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ทรงมีพระราชดําริกับหม่อมหลวงจิรพันธุ์ ทวีวงศ์ เลขาธิการกปร. เมื่อวันที่ 2 มีนาคม พ.ศ. 2559 โดยให้สํานักงานกปร. ประสานกับกรมศิลปากร กรมชลประทานและหน่วยงานที่เกี่ยวข้องพิจารณาปรับปรุงพิพิธภัณฑ์ที่จัดตั้งภายในโครงการพัฒนาแหล่งน้ําอันเนื่องมาจากพระราชดําริให้เหมาะสม กรมศิลปากรโดยสํานักศิลปากรที่ 3 พระนครศรีอยุธยา ได้จัดทํา โครงการปรับปรุงพิพิธภัณฑสถานขุนด่านปราการชล จังหวัดนครนายกขึ้น เพื่อซ่อมแซมอาคารพิพิธภัณฑ์ และ ปรับปรุงนิทรรศการที่จัดแสดงภายในพิพิธภัณฑ์ให้สอดคล้องกับการใช้งานใหม่

เมื่อวันที่ 17 มีนาคม พ.ศ. 2564 สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ได้พระราชทานนามพิพิธภัณฑ์ใหม่ว่า “พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติ นครนายก พระบรมชนก ชลพัฒน์” มีความหมายว่า พิพิธภัณฑสถานแห่งชาติประจําจังหวัดนครนายก
ซึ่งพระบาทสมเด็จ พระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร มีพระมหากรุณาธิคุณโปรดเกล้าฯ พัฒนาการ ชลประทานของจังหวัด