Il museo è stato fondato nel 1810 insieme all'Università Humboldt e dal 1889 si trova nell'edificio di Invalidenstraße. Con oltre 25 milioni di oggetti, ospita le più grandi collezioni tedesche nei campi della zoologia, della paleontologia e della mineralogia.

I suoi reperti più famosi sono lo scheletro di Brachiosaurus brancai, il più grande scheletro di dinosauro al mondo con i suoi oltre 13 metri di altezza, e l'esemplare berlinese dell'uccello preistorico Archaeopteryx. La sala dei dinosauri, di nuova concezione, e le mostre permanenti sul cosmo e il sistema solare, la formazione della Terra e i meccanismi dell'evoluzione sono state inaugurate nel 2007.

Il "Muro della biodiversità", con circa 3.000 specie animali preparate, illustra come si creano nuove specie. In una sala originariamente conservata del XIX secolo sono esposte 1.077 specie di minerali, tra cui pezzi della collezione di Alexander von Humboldt. Anche gli animali autoctoni possono essere ammirati in grandi diorami.

Dal 2010, nell'ala est dell'edificio è accessibile una collezione di ricerca: le collezioni di alcool zoologico con circa un milione di oggetti - pesci, ragni, crostacei, anfibi e mammiferi.