Музей был открыт в 1922 году. Строителем выступил Щукин Петр Иванович, в его владениях и велось возведение. В 1905 году создатель передал землю со всей коллекцией в содержание Исторического музея, но при этом, оставаясь покровителем, привозя новые экспонаты, обновляя выставки, оплачивая все счета, решая финансовые вопросы, проводя лично все экскурсии, и так продолжалось до его смерти в 1912 году. В следствии чего было принято решение о закрытии музея. В 1918 в здании был размещен Музей старой Москвы. В 1934 году открыли биологический музей Тимирязева, где позже была отдельно построена оранжерея. В 2008 году музей принимал участие в создании Единой коллекции цифровых источников для образовательных учреждений общего и начального направления. При участии было представлено 410 копий с подробным описанием и информацией о всех видах растений, животных и др.
В общее число входят такие коллекции как: позвоночные животные, беспозвоночные животные, анатомические препараты, ботанические коллекции, грибы, палеонтологические образцы, скульптурные антропологические реконструкции, произведения изобразительного искусства и собрание редких книг.