Здание Музея природы изначально было построено в 1899-1901 г. для студенческого общежития Харьковского университета.

Проект здания в стиле неоренессанс выполнил архитектор Виктор Величко, оно является памятником архитектуры.

Сам музей ведёт свою историю с 1805-1806 гг. Тогда попечитель Харьковского учебного округа граф С. Потоцкий купил в Ганновере у аптекаря Грунера коллекцию «натуральных предметов», собранных профессором Андрэ, а также зоологическую коллекцию итальянца Четти (235 бабочек, 540 жуков, 125 чучел птиц, 18 морских звезд, 36 морских ежей, 100 экземпляров кораллов, 2623 раковины моллюсков, 520 минералов). Они составили коллекцию Естественного кабинета.

Стоит отметить работу главы музея, профессора И.А. Криницкого, который возглавлял его с 1826 по 1836 гг. Благодаря ему коллекция музея выросла в четыре раза и была научно систематизирована. В течение XIX и начала XX века коллекция постоянно пополнялась благодаря меценатам (стоит отметить вклад Д. А. Донец-Захаржевского) и результатам экспедиций различных исследователей и ученых.

В 1907 г. Естественный кабинет стал Зоологическим музеем и переехал в здание бывшего студенческого общежития.

До 1964 г. музей занимал не все помещения здания, тут также располагались биологический и экономический факультеты.

Сейчас музей насчитывает 23 зала и 4 отдела: геологический, беспозвоночных и позвоночных животных, эволюции органического мира и охраны природы. Отдельный зал посвящен метеоритам (к которым даже можно прикоснуться), есть в музее скелет мамонта, особенно запоминается внушительная коллекция насекомых: жуков, бабочек. Всего фонды музея сейчас насчитывают 250 тыс. экспонатов.

В 1941-1943 гг. в музее жили жены профессоров университета, благодаря их усилиям музей получил в комендатуре охранную грамоту, и его коллекция была сохранена. К сожалению, в результате российских бомбардировок и ракетных ударов весной 2022 г. здание пострадало, утратив остекление, также пострадала коллекция музея.