Muzej je nastao 1986. objedinjavanjem Mineraloško-petrografskog, Geološko-paleontološkog i Hrvatskog narodnog zoološkog muzeja. Danas ima značaj znanstvene institucije. Fundus muzeja čini više od 250 000 primjeraka raspoređenih u raznovrsne zbirke. Zbirka minerala i stijena čuva primjerke iz cijelog svijeta. Unutar nje značajno mjesto ima zbirka krapinskog pračovjeka, najznačajnija zbirka neandertalaca na svijetu. Vrijedne su zoološke zbirke s predstvanicima faune Hrvatske, zbirke endema našeg podneblja te zbirke egzotičnih vrsta. U novije doba osnovan je Botanički odjel s hebarijima. U Muzeju se nalazi bogata knjižnica sa 30 000 naslova vezanih uz prirodoslovlje. U stalnom postavu izložene su miniraloško-petrografska i zoološka zbirka sa građom iz Hrvatske i komparativnim materijalom iz drugih dijelova svijeta. Povremeno se organiziraju tematske izložbe, te izložbe vezane uz znansvene skupove. Muzej izdaje znanstveno-stručni časopis Natura Croatica.