Музей був відкритий для відвідувачів з 1870 р. Його головне приміщення було збудовано на межі ХVIII-ХІХ ст. і є пам’яткою архітектури. Музей занесено до європейських і світових каталогів музеїв. Він брав участь у перших Всесвітніх виставках у Відні (1873 р.) і Парижі (1878 р.), де отримував дипломи і медалі. У 1940 р. музей увійшов до складу Академії наук України.

Його наукові фонди та музейна експозиція внесені до державного реєстру наукових об’єктів, що становлять національне надбання. Фонди музею сформовані на базі унікальних колекцій Природничих музеїв ім. Дідушицьких і Наукового товариства ім. Т.Г.Шевченка із зборів багатьох поколінь природодослідників середини ХІХ – початку ХХ ст. та значно доповнені за час його перебування в Національній академії наук України.

Наукові фонди музею (природничі колекції) загалом становлять понад 400 тис. одиниць зберігання, мають виняткове значення для науки і входять до державної частини Музейного фонду України. Фонди музею містять більше 250 голотипів, за якими вперше у світовій науці описані нові види викопних та сучасних рослин і тварин.

Серед колекцій і пам’яток природи світового значення зберігаються:

• унікальні експонати мамонта і волохатого носорога з озокеритових копалень Старуні (Передкарпаття), метеорити (Пултуськ), бурштини з включеннями (Гданськ);
• палеозоологічні колекції (від кембрійського до четвертинного періоду);
• палеоботанічні колекції (від девону до неогену);
• колекції порід і мінералів (від докембрію до четвертинного періоду);
• еталонні систематичні колекції ґрунтової мікро- і мезофауни;
• колекція малакофауни України;
• колекції 15 рядів регіональної і тропічної ентомофауни, а також плейстоценових комах;
• колекції риб, земноводних, плазунів, птахів (опудала, тушки і яйця), серед яких одна з найбільших в Європі унікальна колекція альбіносів і меланістів, та ссавців (опудала, тушки, черепи і роги);
• повні збори мохоподібних України, Кавказу і Середньої Азії (Міжнародний індекс – LWD);
• гербарій судинних рослин (Міжнародний індекс – LWS).

Фонд Наукової бібліотеки музею, яка бере свій початок від широко відомої в ХІХ ст. у Європі “Поторицької бібліотеки” визначного природодослідника і засновника Природничого музею у Львові Володимира Дідушицького, налічує близько 70 тис. томів природничої літератури, починаючи з ХVІ ст.

Протягом всього періоду існування музею його експозиція розвивалася і вдосконалювалася відповідно до наукових концепцій у вченні про еволюцію, змін у систематиці, нових матеріалів з історії природи краю та сучасного стану біологічних ресурсів. До початку реконструкції музею експозиція щорічно приймала до 100 тис. відвідувачів. В даний час експозиція демонтована і зберігається у законсервованому вигляді. Завершення капітального ремонту будинку музею очікується за 3-4 роки.