国家自然博物馆有321829件馆藏标本，许多标本在国内、国际上都堪称孤品，“来自中国的侏罗纪母亲”中华侏罗兽、完成全身羽毛颜色复原的赫氏近鸟龙、保存在中国的恐鸟标本等；还包括世界闻名的古黄河象头骨化石、长26米的巨型井研马门溪龙化石、中国恐龙木乃伊化石、北极熊、犀牛等。馆内还收藏着世界各国友好人士赠送给中国国家领导人的部分礼品标本。
1951年4月2日，中央自然博物馆筹备处正式成立，办公地点设在故宫博物院东华门内的文华殿、传心殿和清史馆，裴文中兼主任。由中央文化部和中国科学院共同发文向全国征集标本和展品，并从全国各地抽调业怕务与行政干部。
1956年10月，中央自然博物馆筹备处新馆在天桥南大街开工。
1975年，北京自然博物馆划归北京市科技局领导。
1992年9月，由香港实业家田家炳先生捐资和北诗称把先掌沉试眼京市财政拨款的标本楼——“田家炳楼”落成。
2008年7月1日，北京自然博物馆正式对社会免费开放。
2023年1月，按照中央编办批复，北京市委编委正式批准同意“北京自然博物馆”更名为“国家自然博物馆”。
6月5日，国家自然博物馆在北京正式揭牌。
国家自然博物馆坐落于首都南城中轴线上的天桥地区，背靠世界文化遗产天坛公园，面对现代化的天桥演艺区。占穿龙地面积15000余平方米，建筑面积21000余备旧约超刚五平方米，展厅面积10000余平方米。入口位于博物馆大门的南侧，出口位于博物馆大门的北侧方向，而主楼的正门则位于主楼的西侧，停车场干望历请从命位于博物馆主楼的西南方向。博物馆主楼一层有植物世界厅、恐龙公园厅、非洲厅。二层有古哺乳动物厅、古爬行动物厅等。新建“田家炳楼”标本楼蕴藏着23万余件馆藏标本，总面积达3医云力愿实屋气600平方米。
国家自然博物馆的基本陈列以生物进化为主线，展示了生物多样性以及与环式武通境的关系，构筑起一个地球上生命发生发展的全景图。古生物陈列厅向我们展示了生物的起源和早期的演化进程，这些生物的遗迹透过化石的印痕，人们似乎又看到了已经灭绝的生物；而植物陈列厅又似一部绿色的史诗，叙述着植物亿万年的演变；动物陈列厅，则向我们讲述了这些“人类的朋友”身上的奥秘，这里将世界上最具代表性的野生动物及其生态环境还原再现，向我们展示了动物之美，动物界的神奇；人类陈列厅，让我们一睹人类由来的历史，由猿到人，历经万年，容颜演变。
在常规展览之外，国家自然博物馆还不定期的推出各种各样的临时主题展览，例如“猛犸象”、“达芬奇科技”、“人体的奥秘”以及连续十几年推出的“动物生肖”展览等。
国家自然博物馆其精心策划的专业展览曾多次走出国门，“中国恐龙展”曾先后在新加坡、日本、瑞典、芬兰、美国、澳大利亚、新西兰、荷兰、意大利、新喀里多尼亚等许多国家和地区展出。
植物演化部分是以早期陆地植物起源为起点，以陆地植脸北球河鸡投搞告火跑物演化过程为主线，整体复原已酸式展断游经灭绝的多种植物类型试，展示了早期陆地植物刚刚开始登上陆地的景观，繁啊象百烟盛的蕨类植物景观，裸子植物景任器村理没盟调观和早期的被子植物景观，展示着史前植物的神奇之美。益李案功
《恐龙公园》展厅，2013年重新启用，共有面积700余平方米。23条直孔注今棉二活灵活现的恐龙、两只翼龙以及一只和最早恐龙生活在一起的坚喙蜥构成了不同的组合，分别代表了从三叠纪晚期到白垩纪晚期不同时期的恐龙世界的面貌。
哺乳动物是由拟哺乳动物演化而来的。由于其特有的恒温优势以及中生代湿暖潮湿的石李重进触南陈破气候条件，哺乳动物得以复苏和大发展。
在展厅中，观众可以看到阶齿兽的复原图和骨骼标本，它是恐龙绝灭后地球装福步讨金尼是师副上同期最大的哺乳动称与晚江样海密反排物；可以欣赏到庞大的象类家族，销何菜包括赫赫有名的高4米长8米的黄河象和铲齿象。观众还可以欣赏到一件十分引人注目的标本大革林，最早的被子植物化石——世界上第一朵花辽宁古果。
古爬行动物厅向观众展示了生物界两亿多年前的景观，并以总鳍鱼、鱼石螈、蚓螈和异齿龙为代表，演示了脊椎动物从水域向陆地发展的复杂过程。
大厅中央展示了栩栩如生的恐龙骨架群，如中国人发现的第一条恐龙——许氏禄丰龙，体长达26米的井研马门溪龙，称王称霸的霸王龙，小巧玲珑的恐爪龙，背上布满剑板的沱江龙，威风凛凛的永川龙，展翅翱翔的翼龙，称霸海洋的鱼龙。
古无脊椎动物厅有面积八百平方米。包括原生动物、友海绵动物、腔肠动物、盾文腕足动物、软体动物、节肢动物、棘皮动物等门类。硕大的鸮头贝矗立在展厅门口，象征着无脊椎动曾系绿州主承济动鲜物的繁盛历史。
展厅展示了一亿多年前地球上的繁荣景象，详尽讲述了古无脊椎动物兴盛衰亡罪间复的发展历史。大量热河生物群的古生物化石、特别是辽宁西部的带毛恐龙化石都会引起观众的浓厚兴趣。
展览采用360度环形全景画展示技术，地面地形与背景画的自然衔接展现无限透视的原野效果，配合开放式动物景观这一新颖的展示方法，向观众展示恢宏震撼的非洲原野。
在西耳厅，观众可以通过“触摸”地球表面的陆地来了解各大洲的动物；通过古长颈鹿和现代长颈鹿两个标本的脖子的鲜明对比，了解长颈鹿脖子变长的秘密；狮子捕猎的场景让观众感受非洲原野的弱肉强食的生存大战。
在马赛人的展厅里，观众可以瞭望马赛人的村庄，走进马赛人的茅草屋，感受马赛人的生活气息，近距离的与马赛人观望。足不出户，感受非洲。非洲是一片神奇的土地，相信观众会在这个展览里认识一个全面真实的非洲。
国家自然博物馆有321829件馆藏标本，许多标本在国内、国际上都堪称孤品，“来自中国的侏罗纪母亲”中华侏罗兽、完成全身羽毛颜色复原的赫氏近鸟龙、保存在中国的恐鸟标本等；还包括世界闻名的古黄河象头骨化石、长26米的巨型井研马门溪龙化石、中国恐龙木乃伊化石、北极熊、犀牛等。馆内还收藏着世界各国友好人士赠送给中国国家领导人的部分礼品标本，如科摩罗总统访华时赠送给江泽民同志的珍贵的拉蒂迈鱼标本、早年越南胡志明主席送给毛泽东同志的亚洲象标本、朱德同志转送的鳄鱼标本等各类礼品标本。其中比较珍贵的还有新西兰坎特伯雷国家博物馆赠送中国的恐鸟骨骼标本，这种地球上巨大的鸟已经于1885年灭绝，而这件标本也是保存在中国的恐鸟标本。
韩氏长嘴鸟（Longirostriornishani）：吻部较长，前端有牙齿，前上颌骨长。下颌齿骨发育，前端向下弯曲，后部有小的下颌孔。叉骨突短，乌喙骨近端适度增宽，肩胛骨短而直。胸骨具明显分叉的后侧突，腓骨较短。
Liocichlaphoenicea红翅薮鹛Crimson一wingedLiocichla
红翅薮鹛体长20—24厘米，体重42—58克。头顶灰褐色。头侧红色。体羽主要为橄榄褐色。翅膀上有红色斑块。尾羽黑色，末端橙黄色。虹膜褐色。嘴黑色。腿、脚暗褐色。
红翅薮鹛分布于不丹、尼泊尔、锡金、印度、孟加拉国、缅甸、泰国、老挝和中国西南部等地。栖息于山地竹林、灌丛中。结群活动。以昆虫、植物种子、果实等为食。
根据这种器官属的描述，在很早的时候，石松植物的祖先或者原始类群，曾经具有非常庞大的根系，这种大型的根系能够支撑地面上较高的个体的正常生长。所以，经过科学预算认为，可能早期的石松植物的体型较大，有可能高度会超过10米。同时，这类植物具有的沿着水平方向辐射生长的根，是一种非常奇特的现象，说明可能早期的石松植物还不能将跟刺入土壤中，也说明可能早期的环境条件较为潮湿，高大的植物不需要将根系深深植入土壤中，就能够从地表或近地表获取生长所需要的水分营养等。
马坝人头骨，1958年发现于广东曲江马坝乡狮子山。经铀系法测定其年代大约为12万年左右，化石特征显示为早期智人中较晚的类型。时代属于晚更新世的早期。
孔子鸟（Confuciusornis）：孔子鸟是在辽宁发现的中生代鸟类形态最原始的类型之一，在分类学中属于基干鸟类。口中牙齿已退化消失，角质喙出现，是世界上已知最早有角质喙的鸟类。此外，它的原始性还表现于前肢翅膀上的利爪相当发达，孔子鸟的飞行能力要比始祖鸟强，它的后肢已经能适应攀援树木。孔子鸟的尾椎已愈合为一根尾综骨。
国家自然博物馆科普教育部门主要负责观众服务、展厅讲解及开展各种形式教育活动。以展览、研究成果为基础设计形式各样的教育活动，以生动活泼、寓教于乐的方式，提供有关自然科学知识，促进公众开展博物馆学习与休闲。
通过与协议社区建立服务关系，自然博物馆利用自身既有资源，为社区提供各种类型的活动及服务。社区活动形式包括：组织参观、科普实验、科普讲座、科普阅读等，并根据不同年龄群众特点设计符合其学习特征的活动内容。
实验乐翻天
活动目的：利用简单的实验器材和实验设备，引导儿童在实验过程中认识、观察和学习基础的生物学小知识。该活动每1-2个月更换新主题。
适合对象：5-10岁。
活动地点：探索角实验活动区。
参加方式：活动当日在咨询台领取活动参与券，免费参与。
科普小课堂
活动目的：结合知识讲授、图片及标本展示、双向互动等传播手段，以灵活有趣的方式讲授有关古生物、动物、植物、人类等各个学科的有趣知识。
适合对象：5-8岁年龄段的儿童。
活动地点：探索角教室。
参加方式：活动当日免费入场，团体需提前预约。
赛先生来了
活动目的：专家型讲解赛先生（Mr.Science）利用展厅展示、标本等资源，结合馆藏标本、模型以及图片等其他手段设计讲解内容，让观众对某一方面专业知识或话题作较为全面、深入的了解，并能够通过触摸、观察、与讲解人员言语肢体互动等方式更加直观地对科学知识有更切身的了解和感知。每1-2个月更换新主题。
适合对象：各年龄层观众。
活动地点：展厅。
参加方式：当日参观观众均可前往参加。
科学大讲堂
社会大课堂
博物馆之夜
环球自然日
北京市中小学生自然知识竞赛
科研项目
1986年，以北京自然博物馆生态研究室为基础，在大兴南海子建立的麋鹿研究生态实验中心引进英国的麋鹿种群成功，即现今的“麋鹿研究中心”。
进入二十世纪九十年代以来，北京自然博物馆每年完成20多项科研课题，其中1992年—1997年中，北京自然博物馆承担了国家自然科学基金科研项目6个、北京市自然科学基金项目3个、北京市科学技术研究院萌芽计划基金项目1个，有4名中青年科学工作者入选“北京市跨世纪优秀人才工程”。
1977年和1978年，北京自然博物馆先后参加了中国科学院对新疆天山托木尔峰的联合科学考查，陈绍煋研究馆员参与的《天山托木尔峰地区的高等植物区系调查》获中国科学院重大科研成果二等奖；甄朔南研究馆员等人的《中国恐龙足迹研究》完成了对中国恐龙足迹的开创性研究；王绍芳研究馆员的《湘中晚石炭世底栖动物古生态及群落研究》分获北京市科学技术进步奖二、三等奖；李建军研究馆员的《南极费尔南德斯半岛鸟类足迹研究》论文收入了中国第四次南极考察论文集，该项目获1997年中国科学院自然科学二等奖。黄劲松副研究馆员参与的“华北植物区系地理研究”获中国科学院1998年科研三等奖；北京自然博物馆还完成了国家科委委托的“关于建立国家自然科学博物馆的可行性研究”项目。
国家自然博物馆还和国外开展了一些合作研究项目，如与美国地球探索协会合作的宁夏回族自治区同心县古生物考察，与美国新墨西哥洲自然博物馆合作的云南禄丰下侏罗纪似哺乳爬行动物研究以及杨思谅研究馆员与德国圣肯堡自然博物馆合作的蟹类研究；饶成刚研究馆员曾与美国学者在美国《科学》杂志上共同发表了“早期鸟类飞翔与攀握：来自中国下白垩统地区的新化石证据”的论文。
1994年北京自然博物馆与柳州白莲洞洞穴博物馆联合举办了“中国古人类与史前文化渊源关系”国际学术讨论会。中国自然科学博物馆协会于1993年举办了“自然科学博物馆与环境”国际学术讨论会。北京自然博物馆科学工作者还曾当选为国际第四纪地学大会的中方主席和世界鸟类学会秘书长。
出版读物
1982年，编辑出版大型图册《生物史图说》。
国家自然博物馆先后出版一些有代表性的科研专著和科普读物，如甄溯南的《中国恐龙足迹研究》、蔡其侃的《北京鸟类志》、王鸿媛的《北京鱼类志》、刘思孔与他人合著的《中国蝶类志》及《中国鸟类食毛目的研究》等。馆内有关专家还直接参与了《中国大百科全书》《中国植物志》等专著的编纂工作。由馆内专家集体编写的科普图书《生物史图说》，1982年由科学出版社出版，深受广大读者欢迎；周国兴研究馆员的《人之由来》被评为全国优秀科普读物；1996年关键研究馆员等撰写的大型科普读物《恐龙时代》一书，被出版社作为优秀图书推荐给读者。科普作家唐锡阳的著作《环球绿色行》一书。甄塑南和周国兴研究馆员曾被中国作家协会授予成绩突出的科普作家称号。
北京自然博物馆的专业学术刊物《北京博物馆研究报告》创刊于1979年，已出版了60期，并与世界几十个国家和地区的专业研究机构保持着资料交换关系。2005年2月《北京自然博物馆研究报告》改为《自然科学与博物馆研究》，由北京自然博物馆、中国科学技术馆、中国地质博物馆和北京天文馆共同主办。北京自然博物馆与中国自然科学博物馆协会、中国野生动物保护协会共同主办的科普期刊《大自然》杂志创刊于1979年，已发行出版了119期，1997年被中国科协评为优秀科技期刊。
2023年6月5日，国家自然博物馆正式揭牌，同时向社会公开征集标识设计方案。
党总支书记：李健文；
副馆长：李健文左代辉；
党总支副书记：常莉；
学术委员会主任：杨景成。
2008年3月，北京自然博物馆入选北京市33座免费开放博物馆。
2008年4月，北京自然博物馆入选北京市首批99家科普基地，被选为科普教育基地和科普研发基地，《大自然》编辑部为科普传媒基地。
2020年4月，北京自然博物馆入选北京市首批新时代文明实践基地名单。
北京自然博物馆先后被中央宣传部和北京市政府命名为“全国科普教育基地”和“北京市科普教育、研发、传媒基地”，被联合国教科文组织中国组委会命名为“科学与和平教育基地”。
2022年2月11日，入选2022年北京市科普基地拟命名名单。
2022年3月30日，被命名为2021-2025年度第一批全国科普教育基地，有效期至2025年。
2023年1月，入选2022年度全国热搜博物馆百强榜单。
国家自然博物馆位于北京市东城区天桥南大街126号。
每天9:00～17:00（16:00停止入馆），周一例行闭馆（法定节假日除外）。
免费
三、团体、旅行社需提前4天在国家自然博物馆官方网站预约，每天00:00更新，团队注册时应提交营业执照、办学资质和固定手机号码，更换注册手机号后需重新注册，经过1-5个工作日审核通过后方可进行团队预约。预约成功后，团队需一次性入馆，不可分散入馆。
四、参观当天凭预约时使用的本人二代身份证原件（未携带证件儿童、外籍人士和港、澳、台地区观众凭预约信息到窗口换票）入馆参观。
五、参观预约提供个人参观预约和团体预约，不接受现场预约。预约采取实名制，请提供参观人真实姓名、二代身份证号码等信息，每个证件号每天只能预约1次,退票后将无法重复预约当日票。老年人及儿童也需提前完成预约。
1有以下情况的观众，暂不得进入馆区：未预约；未按预约日期及预约时段到馆；未携带本人有效身份证件；证件信息与预约信息不匹配；体温超过37.3℃（含）；北京市（健康宝）健康码等防疫行程卡显示异常；未佩戴口罩。
2.检票和参观时，须与他人保持1.5米以上的距离，避免人员聚集。
3.参观须全程佩戴口罩。
4.严禁在馆内饮食，严禁在馆内聚集，须服从工作人员疏导。