Khu lò gốm Tam Thọ được một nhà khảo cổ học người Thụy Điển phát hiện lần đầu tiên vào năm 1937. Đây là một di chỉ khảo cổ học giai đoạn lịch sử đầu công nguyên trên đất Thanh Hóa, một nguồn tư liệu quý giá về nghề gốm xứ Thanh nói riêng và của Việt Nam nói chung.
Khu lò gốm Tam Thọ được nhà khảo cổ học người Thụy Điển Olov Janse phát hiện lần đầu tiên vào tháng 2/1937. Trong các năm từ 1937–1939, Olov Janse đã tiến hành khai quật 8 lò nung cổ tại đây. Những phát hiện và công bố của Olov Janse về khu lò gốm Tam Thọ đã làm cho khu lò gốm này trở nên nổi tiếng không chỉ ở trong nước mà cả trên thế giới.
Trong các năm 2001-2002, Bảo tàng tỉnh Thanh Hóa phối hợp với Viện Khảo cổ học Việt Nam tiến hành khảo sát và khai quật tìm ra dấu vết của 6 lò gốm cổ.
Bảo tàng Gốm Tam Thọ đang trưng bày, bảo quản gần 10.000 đơn vị hiện vật, nổi bật trong các bộ sưu tập này là sưu tập gốm Tam Thọ được sưu tầm trong nhiều năm, do các nhà sưu tập tư nhân nhượng lại, hiến tặng.
Hoa văn đồ gốm thế kỷ 1 - 3 được trưng bày ở đây cho thấy rất phong phú đa dạng, thể hiện sự tiếp thu sáng tạo văn hóa bên ngoài của người thợ gốm, đồng thời cũng thể hiện sức sống của văn hóa Đông Sơn trong thời kỳ chống Bắc thuộc như: hoa văn in ô trám có các loại văn trám đơn, văn trám lồng; hoa văn in ô vuông thường kết hợp với một số hoa văn hình đồng tiền; hoa văn hình hoa thị; hoa văn xương cá hoặc lá dừa; hoa văn phên đan giống các nan đan lóng mốt của các loại rổ, rá,...