Muzeum zostało założone w 1810 roku wraz z Uniwersytetem Humboldta i mieści się w budynku przy Invalidenstraße od 1889 roku. Z ponad 25 milionami obiektów, mieści największe niemieckie kolekcje w dziedzinie zoologii, paleontologii i mineralogii.

Jego najsłynniejsze eksponaty to szkielet Brachiosaurus brancai, największy szkielet dinozaura na świecie o wysokości ponad 13 metrów oraz berliński okaz prehistorycznego ptaka Archaeopteryx. Nowo zaprojektowana sala dinozaurów i stałe wystawy na temat kosmosu i układu słonecznego, formowania się ziemi i mechanizmów ewolucji zostały otwarte w 2007 roku.

"Ściana bioróżnorodności" z około 3000 spreparowanych gatunków zwierząt ilustruje, w jaki sposób powstają nowe gatunki. W oryginalnie zachowanym pomieszczeniu z XIX wieku prezentowanych jest 1077 gatunków minerałów, w tym z kolekcji Alexandra von Humboldta. Rodzime zwierzęta można również zobaczyć na dużych dioramach.

Od 2010 r. we wschodnim skrzydle budynku dostępna jest kolekcja badawcza: zbiory alkoholi zoologicznych z około milionem obiektów - ryb, pająków, skorupiaków, płazów i ssaków.