Le musée a été fondé en 1810 en collaboration avec l'université Humboldt et se trouve depuis 1889 dans le bâtiment de l'Invalidenstraße. Avec plus de 25 millions d'objets, il abrite les plus grandes collections allemandes dans les domaines de la zoologie, de la paléontologie et de la minéralogie.

Ses pièces les plus célèbres sont le squelette de Brachiosaurus brancai, le plus grand squelette de dinosaure installé au monde avec plus de 13 mètres de haut, et le spécimen berlinois de l'oiseau préhistorique Archaeopteryx. En 2007, la salle des dinosaures réaménagée et des expositions permanentes sur le cosmos et le système solaire, sur la formation de la Terre et sur les mécanismes de l'évolution ont ouvert leurs portes.

Le "mur de la biodiversité", avec environ 3 000 espèces animales préparées, illustre comment de nouvelles espèces apparaissent. Dans une salle originale du 19e siècle, 1 077 espèces minérales sont exposées, dont des pièces de la collection d'Alexander von Humboldt. De plus, des animaux indigènes sont présentés dans de grands dioramas.

Depuis 2010, une collection de recherche est accessible dans l'aile est du bâtiment : les collections d'alcool zoologique avec environ un million d'objets - poissons, araignées, crustacés, amphibiens et mammifères.