Переулок сформировался во второй половине XIX века. Впервые отмечен как «Соборный переулок» на плане города Владикавказа «Карты Кавказского края»[2]. 21 июня 1928 года Соборный переулок был переименован в «Музейный переулок»[2].
19 июня 1979 года Музейный переулок был соединён с Подгорным переулком и переименован в улицу Ботоева[2].
7 декабря 2004 года по ходатайству Союза кинематографистов Северной Осетии переулку было возвращено его прежнее наименование «Музейный переулок»[3].
д. 5 — Дом кино (бывшее Константиновское училище) — памятник культурного наследия России (№ 1530303000). С 1945 по 1980 года в здании располагалась Северо-Кавказская студия кинохроники[4].