大连自然博物馆的前身是日本侵占东北以后，由日本“南满洲铁道株式会社”于1907年创办的 “地质调查所”。 1923年调查所大量收集东北各地自然标本和资料后，增设了陈列室，主要展示岩矿和部分古生物标本，并注明标本的产地、藏量、开采价值和用途等，只供日本少数上层人物观赏研究。

1926年，由于展示的标本种类增多，陈列内容增加，收集标本的地域不断扩大，涵盖了东北及蒙古等地的多种资源，将陈列室改为“满蒙物质参考馆”，同年正式对外开放。

1928年“满蒙物质参考馆”在原建筑的两翼和后部扩建2000平方米，又进一步将历年从我国东北、蒙古、西伯利亚、欧美等地搜集的岩矿标本以及农业、畜牧业、林业、水产业的实物标本和图文资料汇集起来，于同年11月份成立了供科学研究和观赏的“满蒙资源馆”。

1932年在展示原有资源标本外，还增加了东北、蒙古等地的民俗陈列内容， 并将馆名改为“满洲资源馆”。

1945年大连解放后，8月23日由中国长春铁路公司接管本馆，易名为“东北地方志博物馆”中长铁路科研所委托苏联地质专家叶果洛夫担任馆长， 并对原有的陈列进行修整。

1950年11月份，中长铁路局将本馆移交给大连市人民政府文教局管理，同时将馆名改为“东北资源馆”充实调整了陈列内容，主要展览我国东北地区的自然资源和建国后的新成就，成为向广大人民群众进行爱国主义社会主
义教育和普及科学知识的文化阵地。

1959年，在庆祝抗战胜利14周年纪念日这天，正式定名为“大连自然博物馆”，并请当时担任中科院院长的郭沫若先生亲笔题写馆名。

　　大连自然博物馆旧址建筑，是1898年沙俄统治时期修建的市政厅大楼。该建筑是一幢具有浓郁俄罗斯风格的古建筑，是大连市初建时期的代表性建筑之一，1997年被国务院列为国家重点文物保护建筑。

1995年为实施科教兴市战略，保护自然文化遗产，市委、市政府决定移址建新馆。1998年10月，新馆建成并对外开放。新馆坐落于风景秀丽的黑石礁海滨，建筑面积15000平方米，三面环海，礁石环绕。新馆建筑为典型的现代欧式风格，蓝色的屋顶与碧海、蓝天、白云相互辉映，景色怡人。馆内现收藏各种动植物、古生物及岩矿标本10万余件， 其中大型海洋哺乳动物标本是我馆的突出特色。 馆内现开设地球、恐龙、海洋生物、东北森林动物、湿地、物种多样性等11个展厅。展厅内的触摸式多媒体计算机、大屏幕彩电以及中央空调、楼宇自控、保安监控等高科技硬件设备，给观众创造了一个方便舒适的欣赏环境。另外，还有供观众休息、观海的休息厅，供学术研讨等文化主题活动的多功能厅，以及商店、餐饮等服务设施。大连自然博物馆正以崭新的面貌热情欢迎来自国内外的各界朋友。