Това е един от най-големите музеи в Австрия. Колекциите са експонирани на площ от 8 700 кв. м.
Музеят разполага с колекции и експонати като Венера от Вилендорф, която е на 25 000 год., също така и скелет на динозавър Диплодокус, който е най-дългото животно живяло някога на Земята. Немогат да се пропуснат и изчезналите животински и растителни екземпляри от 200 години, като морската крава Стелерс например, които са разположени в 39 зали.
Освен само да разглеждат експонатите туристите могат да се информират допълнително за тях от триизмерен снимков материал, късометражни филми, камери и екрани за групово наблюдение на микроскопични обекти, както и машини на времето представящи етапите на еволюцията.
Франц Щефан фон Лотринген, съпруг на Мария Тереза полага основите на колекцията на музея, като закупува през 1750 г. най-известната колекция в света по онова време от Йохан Ритер фон Балоу. Тя наброява 30 000 обекта, между които редки охлюви, корали, раковини, както и скъпоценни камъни и минерали. Още тогава колекцията е подредена по научни критерии.
С течение на времето предметите увеличават толкова много броя си, че помещенията на замъка Хофбург вече не предлагат достатъчно място.
Съвременната музейна сграда е открита през 1889 г., по същото време е открита и нейната сграда-близнак - музея на историята на изкуствата. Двете здания са с идентичен екстериор и са разположени с лице едно към друго на площад Мария Тереза, намиращ се на Рингщрасе. Двата музея са построени в стил неоренесанс между 1872 и 1891 г. според планове, изготвени от Готфрид Земпер и Карл фон Хазенауер.
По време на Холокоста в музеят постъпват множество вещи принадлежащи на евреи. Днес някои от тях продължават да са там, тъй като връщането им на наследниците и близките по силата на закона за реституцията от края на 1990г. е бавен процес.
Дизайнът на сградата е също така изключителен както и колекцията в нея. В центъра й е куполът висок около 60 метра, представляващ гръцкия бог Хелиос, а на перилата на стълбите са поставени статуи на известни учени. По стените в различните зали могат да се видят над 100 маслени картини от известни художници с мотиви от света на науката.
Интериора на сградата, орнаменталната декорация, обзавеждането и ценните експозиции допринасят музея да бъде признат за "музей на музеите" за културно-историческо съхранение.
Природо историческият музей разполага с няколко отдела.
Първият от тях е Минералогичен отдел. В него се намират 150 000 обекта, от които са изложени едва 15%. Най-богата е колекцията от метеори.
Емблематичен за музея експонат е цветния букет от скъпоценни камъни.
Вторият отдел е Ботаническия. Той разполага с колекция дърво, състояща се от 6 500 предмета, плодове и семена и други.
Третият отдел - Гръбначни, се състои от:
- Колекция риби, като посетителите освен живи риби могат да видят още и скелети, както и препарирани риби.
- Колекция птици, състояща се отново от пера, препарирани животни, скелети, яйца и гнезда.
- Колекция бозайници, разполагаща с 70 000 експоната.
- Археологическо-зоологическа колекция - 350 археологически комплекси, 350 скелета, 1 300 черепа.
- Молекулярна систематика, предизвикваща интерес със своите 9 000 тъкани и кръвни проби.
Следващият отдел е Антропологичният. Той включва в себе си колекция рентгенови изображения (прибилзително 2 600), колекция отливки около 2 000 обекта, Фотоархив (повече от 50 000 инвентарни номера,вкл. 8 000 стъклени панела).
Петият отдел е не по-малко интересен от предходните, а именно Праисторическия отдел. Голям брой предмети от палеолита, неолита, бронзовата епоха и желязната епоха изграждат колекциите на отдела.
Освен всичко останало природо историческият музей разполага и с Архиви за историята на науката. Той от своя страна се разделя на няколко отдела, съхраняващи над един милион обекта.
Първият е административен архив, съдържащ колекции и документация на историята на природоисторическия музей.
Вторият съдържа писма.
Третият картини (живопис, акварел, графика, молив и други графики).
А последният фотоколекция и колекция от негативи на стъклени плочки.