Das städtische Natur- und Heimatmuseum Vellberg besteht seit 1986. Im Erdgeschoss sind Mikrolithen aus der Mittel- und Jungsteinzeit und Keltenfunde von der Stöckenburg ausgestellt sowie ein fränkisches Reitergrab aus dem 7. Jahrhundert, gefunden südöstlich von Großaltdorf. Original-Grenzsteine erinnern an die Grenze, auch Landheg genannt, zwischen der Reichsstadt Schwäbisch Hall (H) und der Markgrafschaft Brandenburg (B). Auch Belagerungswaffen des Mittelalters sind zu finden. Urkunden der Herren von Vellberg und Siegel der Adeligen und ihrer Lehensherren vervollständigen die Ausstellung. Im Obergeschoss sind Versteinerungen aus der Umgebung Vellberg, vor allem aus dem Muschelkalksteinbruch Eschenau mit Saurierfunden und anderen Fossilien zu sehen. Zwei Biotope „Tiere unserer Heimat“ sowie Bauernmöbel und Trachten sowie andere heimatliche Funde ergänzen die Ausstellung. Höchst interessant ist auch die originalgetreue Nachbildung des Vellberger Städtles mit Umgebung und der Stöckenburg, wie es im Jahr 1830 ausgesehen hat und zwar im Maßstab 1:300. Vergleiche mit der Gegenwart werden hier herausgefordert. Im Dachgeschoss wurde ein Gehring-Zimmer in Erinnerung an den verstorbenen Vellberger Künstler Albert Gehring mit Vellberger Motiven und Ölbildern eingerichtet und in einem eigenen Zimmer ein sogenanntes Pfarrer-Hartlaub-Zimmer in Erinnerung an der langjährigen Vellberger Pfarrer des 19. Jahrhunderts, der ein Urfreund des Dichters Eduard Mörike war. Die Verbundenheit zwischen den beiden wird hier deutlich.