El museo fue fundado en 1810 junto con la entonces Universität zu Berlin —hoy Humboldt‑Universität zu Berlin—, y sus primeras colecciones procedían de la antigua Academia de Minas de Berlín. Con el crecimiento constante de sus fondos, el espacio universitario se quedó pequeño, y en 1883 comenzó la construcción de un edificio propio diseñado por el arquitecto August Tiede. El nuevo museo fue inaugurado el 2 de diciembre de 1889 por el Káiser Guillermo II, en la Invalidenstraße 43, donde continúa funcionando en la actualidad.

Durante décadas, el Naturkunde amplió sus colecciones gracias a expediciones científicas y a muestras procedentes de las colonias alemanas. Entre las campañas más destacadas figuran la Expedición Valdivia (1898), dedicada a la exploración del océano profundo, y la célebre Expedición Tendaguru (1909‑1913), en Tanzania, que proporcionó algunos de los fósiles de dinosaurios más importantes del mundo.

La Segunda Guerra Mundial supuso un duro golpe para el museo. En los bombardeos de 1944 se destruyó el ala este y se perdieron numerosos ejemplares, incluidos los valiosos restos de Spinosaurus. Sin embargo, algunos de los fósiles más emblemáticos sobrevivieron, como los esqueletos de Giraffatitan, Dicraeosaurus y Kentrosaurus. Tras el conflicto, el Naturkunde fue el primer museo berlinés en reabrir sus puertas, el 16 de septiembre de 1945.

A lo largo de la segunda mitad del siglo XX, el museo renovó muchas de sus salas y realizó expediciones a Cuba, Mongolia y la Unión Soviética. Tras la reunificación alemana, se reorganizó en tres institutos: Mineralogía, Paleontología y Zoología Sistemática. En 2009, debido a su creciente relevancia científica, se convirtió en una Fundación de Derecho Público y pasó a formar parte de la Asociación Leibniz, adoptando el nombre Museum für Naturkunde – Leibniz‑Institut für Evolutions‑ und Biodiversitätsforschung.

Las colecciones del Naturkunde son inmensas. A finales del siglo XIX ya superaban los 600.000 ejemplares, y hoy alcanzan más de 30 millones de especímenes, entre ellos 10 millones de invertebrados, 580.000 vertebrados y unas 9.000 especies de aves. En la década de 1930 llegaron al museo los fósiles de dinosaurios hallados en Tendaguru, que permitieron montar en el gran atrio uno de los esqueletos más famosos del mundo: el Giraffatitan brancai, el dinosaurio montado más alto que se conserva, con 13,27 metros de altura y 15,5 metros de longitud. Descubierto entre 1909 y 1913, fue inicialmente clasificado como Brachiosaurus, pero hoy se reconoce como género propio.

Entre 2005 y 2007 el esqueleto fue desmontado y vuelto a montar en una postura anatómicamente correcta según los conocimientos actuales. Ese mismo año se inauguraron nuevas salas permanentes y una sala de exposiciones temporales, con especial atención a temas como la evolución de la Tierra y la vida.

Desde 2010, la planta baja del ala este renovada forma parte del recorrido expositivo, mostrando colecciones de peces, anfibios y reptiles. Estas salas refuerzan la misión del Naturkunde como puente entre la investigación científica y el público general, ofreciendo acceso directo a algunas de las colecciones zoológicas más importantes del mundo.