Difunde la historia del maíz entre los pueblos mesoamericanos. Inaugurado en 1967 y reinaugurado con una nueva propuesta museográfica en 2003, se localiza dentro del Complejo Cultural del Carmen (ex convento carmelita del siglo XVIII), integrado también por la Catedral de la Inmaculada Concepción, el Museo de Mineralogía, y la biblioteca pública y oficinas del municipio de Tehuacán. En este espacio se difunde la evolución, desarrollo e importancia del maíz en los procesos de sedentarización de los pueblos mesoamericanos a lo largo de 7,000 años. Entre las piezas por destacar están las más antiguas mazorcas de teocintles, el maíz primitivo.

En 1960 culminaron los trabajos del arqueólogo estadounidense Richard S. MacNeish en la Cañada de Tehuacán, concretamente en las Cuevas de Coxcatlán (“donde los collares de joyas”) y del Texcal (“téxcatl”, el espejo), donde halló las muestras más antiguas de teocintle (teocinte, teocintli: “la mazorca divina”), el antecesor silvestre del maíz, con una antigüedad de hasta 5,000 años. Poco tiempo después se decidió establecer un local donde mostrar ésos y otros hallazgos del lugar. El Ayuntamiento de Tehuacán cedió entonces el Ex Convento de Nuestra Señora del Carmen, del que aún se utilizaba el templo (en parte del edificio virreinal se alojaban la estación de bomberos y la Cruz Roja).

En 1967 se montó el Museo del Maíz, después Museo del Valle de Tehuacán, bajo la dirección del arquitecto y arqueólogo Miguel Messmaher. Además, aprovechando lo que quedaba de la antigua huerta, se habilitó un jardín botánico para mostrar el ciclo del maíz y demás plantas descubiertas en las cuevas, como chile, frijol, amaranto, aguacate, maguey, guaje, nopal tunero y otras.

En el Convento se arreglaron varias salas para exponer las muestras originales del teocintle, y una serie de fotografías de las excavaciones en la Cañada de Tehuacán, más representaciones de las deidades que se encuentran en diversos códices, tanto prehispánicos como posteriores a la Conquista. A ello se añadieron piezas arqueológicas, cuchillos, raspadores y otras más, incluso algunas traídas de otras partes o producto de donaciones particulares.

El violento sismo que azotó la región el 28 de agosto de 1973 provocó severos daños al edificio y al templo anexo; afortunadamente se logró reforzar las partes perjudicadas y se lo devolvió la estabilidad. En el espacio restaurado se destaca un mural que representa a la diosa Centéotl, divinidad del maíz, imagen elaborada con semillas de esta planta, en un trabajo de gran ingenio y habilidad.

Lugar preferente tienen los metates y sus tecolotes o manos (piedras de moler, que muestran el desgaste provocado por la intensa fricción a través de muchos años), ya que son parte esencial del proceso para lograr la masa de maíz —mezclada, por el conocimiento de las generaciones, con yeso, es decir calcio: el nixtamal (“masa de ceniza”), extraordinariamente alimenticio—, la cual permite elaborar todo lo que se hace con este grano maravilloso.

En una vitrina especial se tiene uno de los hallazgos más espectaculares de la región: unas máscaras de madera que estuvieron cubiertas de mosaicos diminutos de turquesa, jade, concha y otros materiales preciosos, junto con unos chimallis o escudos guerreros, los cuales también fueron adornados con esas ricas aplicaciones. Proceden de las montañas aledañas a la comunidad de Santa Ana Teloxtoc (tetlóztoc, “cueva de piedras”), y se datan como del horizonte Posclásico, alrededor del siglo XV.

Un lugar preferente tienen las figuras de barro que representan a dioses y guerreros, conocidas como "xantiles", palabra que deriva de "santo" o "xanto" como lo pronunciaban los naturales. Los xantiles son típicos de le región de Tehuacán ("donde los dioses"). También pueden apreciarse unas pequeñas figuras de cerámica que representan a diversos dioses indígenas. Se encontraron junto con unas maquetas de teocallis en la tehuacanera región de Calipan (“la casa en lo alto”). Además se cuenta con una muy variada colección de vasijas de diferentes formas y decoraciones, ya que la región de la Cañada, a la que pertenece Tehuacán, fue siempre lugar de excelentes alfareros.

Los frailes carmelitas descalzos empezaron a venir a la Nueva España en 1585. Fundaron sus primeros conventos en la ciudad de México, en Puebla y en Atlixco. En el siglo XVIII, al pasar uno de ellos por Tehuacán, rumbo a Oaxaca, los habitantes españoles pidieron que fundara allí un convento, ya que para entonces Tehuacán era la población más importante de la región, con casi tres mil habitantes españoles y criollos, más los mestizos e indígenas que los doblaban en número. El hacendado Juan del Moral donó los recursos para la construcción, la aprobó el obispo de Puebla Pedro Nogales Dávila, la aceptó —tras rechazarla primero— el virrey marqués de Casa Fuerte, y finalmente se inició la fundación bajo el cuidado de fray José de la Concepción en 1747, superada de hospicio (la idea originaria) a convento formal.

Los carmelitas descalzos estuvieron a cargo de su convento hasta 1857, en que la violencia local en la aplicación de las Leyes de Reforma, resultado de la guerra entre liberales y conservadores, los echó sin miramientos. Aprovechando esas circunstancias, el saqueo fue mayúsculo y la depredación sin cuento: se perdió con mucho la mayor parte del acervo de retablos, esculturas, pinturas, libros y muebles. El convento, vacío y desnudo, quedó abandonado... pero más de un siglo después se entregó para el Museo del Valle de Tehuacán.

Hoy día el museo está disminuido, pues el Ayuntamiento reclama de regreso la donación, y ha ocupado los espacios de la planta alta.