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。
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。