Sous l’impulsion de ses médecins, sensibles aux travaux des botanistes menés au XVI^e siècle, Louis XIII consacre la création d’un Jardin royal des plantes médicinales par un édit daté du 6 janvier 1626. S'ensuit l’acquisition d’un terrain dans les faubourgs de Paris en 1633, puis un texte fondateur confirmant la création du lieu en 1635 et enfin l’inauguration du site en 1640. L'institution développe progressivement son périmètre d’étude de la nature, d’exploration et de diffusion en s’appuyant sur des figures de talent.

Au XVIII^e siècle, le comte de Buffon, qui sera l'intendant du jardin durant près de 50 ans, n’aura de cesse d’y accueillir toujours plus de collections rapportées de nombreuses explorations. Entouré des meilleurs savants de son époque, il contribue au rayonnement du jardin royal et en double la superficie. Il décède en 1788, à la veille de la Révolution française. André Thouin, son bras droit, sera l'artisan de la transition, permettant à l'institution de se réinventer. Le Muséum d'Histoire naturelle est créé par décret de la Convention le 10 juin 1793.

Grâce à ses collections remarquables, il rayonne sans véritable rival dans l'ensemble de l'Europe jusqu'au milieu du XIX^e siècle, occupant une place de choix sur la scène nationale comme internationale. Cet « âge d’or » est toutefois affecté par les remaniements profonds que l'établissement doit opérer jusqu’à la veille de la Première Guerre mondiale.

Le XX^e siècle est marqué par une extension de l'établissement au-delà des frontières du Jardin des Plantes. Au fil des décennies, jardins botaniques, stations marines, sites de fouilles ou réserves zoologiques élargissent ses champs d'activités. Le Parc zoologique de Paris est inauguré en 1934 et le Musée de l'Homme en 1938. En 1994, l'iconique Grande Galerie de l'Évolution, portée par l'élan des grands travaux présidentiels, voit le jour et annonce une nouvelle ère muséographique au Muséum. En parallèle, en 1989, l'établissement obtient l'autorisation de délivrer seul le doctorat.

Le XXI^e siècle s'ouvre sur une réforme en profondeur de l'organisation de l'institution. Débute ensuite une vaste phase de rénovation : Grandes Serres, Herbier national, Galerie de Géologie et de Minéralogie, Parc zoologique de Paris et Musée de l'Homme sont modernisés, puis plus récemment l'Harmas Jean-Henri Fabre. La serre des fuchsias de l'Arboretum de Versailles-Chèvreloup suivra en 2026.

S'appuyant sur ses sites, ses collections, sa recherche et son enseignement, le Muséum est aujourd'hui un centre scientifique de pointe. Expert français et mondial des questions liées à la protection de la nature, il s'engage au quotidien pour porter la voix de l'histoire naturelle auprès du plus grand nombre.