Естественно-научный музей входит в пятерку крупнейших геолого-минералогических музеев страны.

В 1925 году директором заповедника Д.И. Руденко начали создаваться первые коллекции минералов и горных пород

С 1931 года минералы и горные породы экспонировались в Миасском краеведческом музее и в витринах, расположенных на верандах жилых домов некоторых сотрудников заповедника.

В 1936 году было построено первое деревянное здание музея. К 1940 году в музее насчитывалось уже около 4,5 тыс. экспонатов. Из них - 4345 образцов минералов, остальные - биологические.

Пожар 1 февраля 1941 года уничтожил здание музея вместе с коллекциями. Во время войны (с 1941 по 1944 г.) здание вновь отстроили на фундаменте прежнего, и восстановили коллекции.

Для посетителей музей открылся 18 июня 1944 года. В трех залах с экспозиционной площадью 300 кв. метров размещалось 1,5 тыс. экспонатов. На первом этаже были выставлены образцы минералов и горных пород, на втором - зоологическая коллекция. Здание музея не отапливалось, поэтому посетителей принимали только в летний период (около 30 тыс. посетителей в год).

Музей принимал посетителей до 1982 года. Сегодня в старом здании расположены исследовательские лаборатории и шлифовальные мастерские.