พิพิธภัณฑ์ธรรมชาติวิทยา ได้รับการจัดตั้งในปี พ.ศ.๒๕๓๘ เพื่อให้เป็นศูนย์กลางการศึกษาวิจัยด้านธรรมชาติวิทยาของประเทศไทยและประเทศใกล้เคียง และยังเป็นศูนย์จัดแสดงนิทรรศการความหลากหลายทางชีวภาพ ซึ่งนำเสนอตั้งแต่การกำเนิดโลก สู่กำเนิดสรรพสิ่งและสิ่งมีชีวิต ที่ล้วนผ่านกระบวนการวิวัฒนาการมานานและยังคงดำเนินเช่นนี้ต่อไป เพื่อดำรงไว้ซึ่งความหลากหลาย

พิพิธภัณฑ์ธรรมชาติวิทยา เป็นอาคาร 2 ชั้น ขนาดพื้นที่ประมาณ 3,000 ตารางเมตร จัดแบ่งพื้นที่ออกเป็น 3 ส่วน ได้แก่

• ส่วนสำนักงาน ประกอบด้วย ห้องทำงาน ห้องปฏิบัติการ ห้องสมุด ห้องควบคุม และอื่นๆ 
• ส่วนแสดงนิทรรศการ ประกอบด้วย
  • ส่วนแสดงนิทรรศการถาวร
  • ส่วนแสดงนิทรรศการหมุนเวียน
  • ห้องแสดงนิทรรศการ น.พ.บุญส่ง เลขะกุล 
• คลังเก็บวัสดุตัวอย่าง ประกอบด้วยคลังเก็บวัสดุตัวอย่างแห้ง และคลังเก็บวัสดุตัวอย่างเปียก  

วัสดุตัวอย่างเริ่มต้นจากการบริจาคตัวอย่างนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจากครอบครัวนายแพทย์บุญส่ง เลขะกุล และตัวอย่างปลา สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก สัตว์เลื้อยคลาน และสัตว์ทะเลที่ไม่มีกระดูกสันหลัง จากสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย ต่อมาจึงได้เก็บตัวอย่างพืชและสัตว์ทุกชนิดต่อเนื่องมาถึงปัจจุบัน

ห้องเขาสัตว์นายแพทย์บุญส่ง เลขะกุล

• ประเภทของ "เขา"
• เขากูปรี
• เขาควายป่า
• เขาสมัน

อุทยานล้านปี

ย้อนกาลเวลาไปสู่อดีตอันไกลโพ้นของดินแดนที่เป็นประเทศไทยว่ามีธรรมชาติและมีสิ่งมีชีวิตใดเคยดำรงเผ่าพันธุ์อยู่ ด้วยการจำลองสภาพธรรมชาติ สิ่งมีชีวิต ณ ยุคสมัยก่อนประวัติศาสตร์มาให้ชม ภายใต้บรรยากาศธรรมชาติภายนอกอาคาร

โซน 1 การกำเนิดโลก

• หลากคำถามชวนคิด
• จำลองการกำเนิดจักรวาล
• สื่อผสมจำลองการกำเนิดจักรวาล

โซน 2 การกำเนิดสิ่งมีชีวิต

• คุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตทั้ง 9 ประการ
• แบบจำลองการกำเนิดสิ่งมีชีวิตในห้องทดลอง
• ระดับขององค์ประกอบทางชีววิทยาของสิ่งมีชีวิต

โซน 3 วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

• บรรยากาศของโลกในมหายุค  ก่อนมหายุคโบราณ
• สิ่งแวดล้อมและสัตว์ในมหายุคกลาง  สิ่งแวดล้อมและสัตว์ในมหายุคปัจจุบัน   กระบวนการเกิดชนิดพันธ์ุใหม่

โซน 4 ความหลากหลายทางชีวภาพ

• ความหลากหลายของ 5 อาณาจักรสิ่งมีชีวิต
• อาณาจักรแบคทีเรีย
• อาณาจักรโปรติสตา
• อาณาจักรเห็ดรา
• อาณาจักรสัตวฺ์
• อาณาจักรพืช