Das Museum wurde 1810 gemeinsam mit der Humboldt-Universität gegründet und befindet sich seit 1889 in dem Gebäude an der Invalidenstraße. Mit über 25 Millionen Objekten beherbergt es die größten deutschen Sammlungen auf den Gebieten der Zoologie, der Paläontologie und der Mineralogie.

Seine berühmtesten Ausstellungsstücke sind das Skelett des Brachiosaurus brancai, mit über 13 Metern Höhe das größte aufgestellte Dinosaurierskelett weltweit, und das Berliner Exemplar des Urvogels Archaeopteryx. 2007 eröffnete der neu gestaltete Sauriersaal und Dauerausstellungen über den Kosmos und das Sonnensystem, über die Entstehung der Erde und über die Mechanismen der Evolution.

Die „Biodiversitätswand“ mit ca. 3 000 präparierten Tierarten verdeutlicht, wie neue Arten entstehen. In einem original erhaltenen Saal aus dem 19. Jahrhundert sind 1 077 Mineralarten ausgestellt, darunter Stücke aus der Sammlung Alexander von Humboldts. Zudem sind einheimische Tiere in Großdioramen zu sehen.

Seit 2010 ist im Ostflügel des Gebäudes eine Forschungssammlung zugänglich: die zoologischen Alkohol-Sammlungen mit rund einer Million Objekte – Fischen, Spinnen, Krebsen, Amphibien und Säugetieren.