ภาคชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ ได้เริ่มต้นรวบรวมและเก็บตัวอย่างสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์ จากการนำนักศึกษาออกศึกษาภาคสนามมาใช้ประกอบการเรียนการสอน และได้นำตัวอย่างบางส่วนมาจัดนิทรรศการเพื่อให้ผู้สนใจเข้าชม ต่อมาได้รับการขึ้นทะเบียนเป็นพิพิธภัณฑ์พืชนานาชาติ ซึ่งนับเป็น 1 ใน 4 ของพิพิธภัณฑ์พืชในประเทศไทยที่ได้รับการขึ้นทะเบียนเป็นพิพิธภัณฑ์พืชนานาชาติ

คณะวิทยาศาสตร์ได้เล็งเห็นถึงความสำคัญของงานพิพิธภัณฑสถานธรรมชาติวิทยา จึงยกระดับเป็นหน่วยงานอิสระขึ้นตรงกับคณะวิทยาศาสตร์ และต่อมาตั้งชื่อเป็น “พิพิธภัณฑสถานธรรมชาติวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์” โดยรวมกิจกรรมในส่วนของพิพิธภัณฑ์พืชเข้าไว้ด้วยกันเพื่อขยายกิจกรรมให้ พิพิธภัณฑสถานธรรมชาติวิทยาเป็นแหล่งเรียนรู้ และแหล่งวิจัยด้านธรรมชาติศึกษาแก่ชุมชนในท้องถิ่นภาคใต้ และเป็นแหล่งวิจัยด้านธรรมชาติศึกษาของนักวิจัยทั้งภายในและภายนอกประเทศ

จากผลงานวิจัยและการจัดเก็บตัวอย่างต้นแบบอย่างเป็นระบบ ส่งผลให้งานของพิพิธภัณฑสถานแห่งมหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ เป็นที่รู้จักกว้างขวางมากขึ้น และในปี พ.ศ.2549 ทางพิพิธภัณฑ์ได้รับพระมหากรุณาธิคุณจาก สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี พระราชทานนาม ตั้งชื่อเป็น “พิพิธภัณฑสถานธรรมชาติวิทยา ๕๐ พรรษา สยามบรมราชกุมารี” หรือ “Princess Maha Chakri Sirindhorn Natural History Meseum” พร้อมทั้งมีพระราชานุญาติให้อัญเชิญพระนามาภิไทยย่อ “สธ” มาประดิษฐาน พิพิธภัณฑสถานธรรมชาติวิทยา ๕๐ พรรษา สยามบรมราชกุมารี จึงดำเนินภารกิจเพื่อ สนองพระราชดำริในโครงการอนุรักษ์พันธุกรรมพืชฯ นับแต่นั้นมา

พิพิธภัณฑสถานธรรมชาติวิทยา ๕๐ พรรษา สยามบรมราชกุมารี ได้จัดแสดงนิทรรศการทางธรรมชาติวิทยาไว้ในบริเวณตึกพิพิธภัณฑ์ฯ หรือ “ตึกไดโนเสาร์” เนื่องจากบริเวณด้านหน้าตึกมีรูปปั้นของไดโนเสาร์ที่พบในประเทศไทยตั้งอยู่ 3 ตัว  พื้นที่จัดแสดงหลักๆ 6 บริเวณ ได้แก่

• พื้นที่นอกอาคาร จัดแสดงลักษณะของพืชพรรณ และระบบนิเวศ

- ชนิดของหิน

- พืชป่าชายหาด

- สังคมพืชชุ่มน้ำ

• โถงอาคาร ใช้เป็นพื้นที่รวมพลเพื่อแนะนำและอธิบายเกี่ยวกับภาพรวมของพิพิธภัณฑ์ฯ ก่อนที่จะเข้าสู่ตัวนิทรรศการหลัก พื้นที่ดังกล่าวยังมีการจัดแสดงนิทรรศการเล็กๆ เช่น

- ตู้ปลาน้ำจืดและตู้ปลาน้ำเค็ม

- หุ่นจำลองปลาฉลามและปลากระเบน

- นิทรรศการแสดงพันธกิจของพิพิธภัณฑ์

• พื้นที่ชั้นที่ 1 จัดแสดงนิทรรศการเกี่ยวกับต้นกำเนิดของธรรมชาติ ตั้งแต่การก่อเกิดจักรวาล ไปจนถึงการกำเนิดสิ่งมีชีวิตและวิวัฒนาการ โดยมีการจัดเรียงเนื้อหาตามช่วงเวลา เพื่อให้ผู้เข้าชมได้เข้าใจถึงความเป็นมาของโลก ตั้งแต่ในอดีตถึงปัจจุบัน

- อวกาศและดวงดาว

- ธรณีวิทยา

- หินและแร่

- ภูมิศาสตร์ของประเทศไทย และคาบสมุทรไทย

- การกำเนิด และวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

- ซากดึกดำบรรพ์

- มาตราธรณีกาล

• ชั้นลอย มหัศจรรย์แห่งธรรมชาติ  เป็นพื้นที่นิทรรศการชั่วคราว ซึ่งจะปรับเปลี่ยนเพื่อให้สาธารณชนได้ความรู้ที่หลากหลาย และทันสมัย
• ชั้นที่ 2 ความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต เป็นพื้นที่ที่อธิบายเกี่ยวกับความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างที่จัดแสดงส่วนใหญ่เป็นตัวอย่างจริง ซึ่งจะสร้างความรู้สึกตื่นเต้น และกระตุ้นความอยากรู้อยากเห็น และการเรียนรู้ให้กับผู้เข้าชมได้

- สิ่งมีชีวิตชนิดใหม่

- โครงกระดูก

- ปะการัง

- สัตว์ขาข้อ

- มอลลัสก์ (ปลาหมึก และหอย)

- ปลา

- สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก และสัตว์เลื้อยคลาน

- สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

- เมล็ด และผล

• ชั้นที่ 3 ระบบนิเวศ เป็นการจำลองระบบนิเวศแบบต่างๆ โดยอธิบายถึงความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิต และสิ่งไม่มีชีวิต ในพื้นที่หนึ่ง ซึ่งจะทำให้ผู้เข้าชมเข้าใจเกี่ยวกับความสำคัญของระบบนิเวศ และเกิดจิตสำนึกในการอนุรักษ์

- ระบบนิเวศทางทะเล

- ระบบนิเวศชายฝั่ง

- ระบบนิเวศป่าเขตร้อน

- ระบบนิเวศเขาคอหงส์

- ระบบนิเวศถ้ำหินปูน

- บริการเชิงนิเวศของป่า

- ระบบนิเวศในแนวปะการังเทียม

- ระบบนิเวศย่อยบนต้นไทร

- นิทรรศการเฉลิมพระเกียรติสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี