Большое значение и популярность Национального научно-природоведческого музея НАН Украины обусловлены научным характером его экспозиций, соответствующим художественным оформлением, которое впервые было применено в практике природоведческих музеев Украины. Ныне ННПМ НАНУ является одним из наибольших центром музейного дела, достоянием и гордостью страны и, по мнению многочисленных специалистов, одним из наилучших современных природоведческих научных центров в мире.
10 декабря 1996 года указом Президента Украины Научному природоведческому музею был предоставлен статус Национального.

Геологический музей

Геологический музей был основан в 1927 году. Позднее он вошёл в состав Института геологических наук АН УССР. Основу фондов музея составили коллекции, собранные выдающимися геологами П. А. Тутковским, Н. И. Безбородько, В. И. Лучницким и другими. С 1967 года Геологический музей функционирует в составе Национального научно-природоведческого музея.
Музей сохраняет и экспонирует свыше 50 тысяч образцов горных пород, минералов, ископаемых животных и растений. Они показывают вещественный состав земной коры, строение, происхождение и развитие нашей планеты, сложные явления и процессы, которые происходили на её поверхности и в недрах.
Музейная экспозиция расположена в 7 залах. Обзор начинается стендом, где представлены метеориты, найденные на территории Украины и России. Более полная коллекция метеоритов сохраняется в фондах.
В зале «Общие геологические процессы» в 22 витринах систематизированы информация и экспонаты внутренних и внешних процессах, формирующих внешний вид Земли и строение литосферы.

Палеонтологический музей имени В. А. Топачевского

История палеонтологического музея имени В. А. Топачевского тесно связана с именем академика И. Г. Пидопличко, который в декабре 1935 года создал первую небольшую палеонтологическую экспозицию в Зоологическом музее. Коллекцию ископаемых материалов для неё учёные начали собирать ещё во времена учреждения Украинской академии наук в 1919 году.

Зоологический музей имени Н. Н. Щербака

Зоологический музей — один из старейших музеев в составе Национального научно-природоведческого музея. Он был основан 1 мая 1919 года академиком Н. Ф. Кащенко. В 1966 году музей вошёл в состав Центрального научно-природоведческого музея АН УССР. А уже в следующем году под руководством Н. Н. Щербака была завершена полная реконструкция музея, результатом чего и было его открытие для посетителей.

Зоологический музей занимает весь третий этаж помещения музейного комплекса. Экспозиция музея расположена в длинной галерее и в двух больших залах — зале птиц и зале млекопитающих. Экспозиционные материалы — это лишь частица больших уникальных коллекций, хранящихся в фондах. Ныне здесь представлено около 5 тысяч животных, принадлежащих к 4 тысячам видов.

Экспозиция построена по научно-систематическому плану. Её характерная особенность — ландшафтные диорамы, которые воссоздают большинство естественных зон мира.

Ботанический музей имени Д. Н. Доброчаевой

Ботанический музей был основан Академией наук Украины в 1921 году. До 1996 года он располагался в помещении Института ботаники имени М. Г. Холодного АН Украины, а с 1996 года вошёл в состав научно-экспозиционного комплекса Национального научно-природоведческого музея НАН Украины.

Научный коллектив Ботанического музея под руководством профессора Д. Н. Доброчаевой разработал и внедрил научные и экспозиционные принципы, а также основы создания полностью концептуально нового Ботанического музея.

В пяти больших залах музея на общей площади 1400 м² в 109 витринах, 10 биогруппах, 8 объёмных большеформатных диорамах, на 20 щитах и 100 фризах размещены экспозиции: «Основные группы растительного мира», «Клеточное строение и морфология цветочных растений», «Система и эволюция цветочных растений», «Растения в жизни человека», «Охрана природы», «Растительный мир Украины», «Растительный мир Евразии», «Растительный мир Земного шара».

Археологический музей

Археологический музей Института археологии НАН Украины был организован в 1966 году на правах научного отдела Института археологии АН УССР.

В четырёх залах музея площадью 500 м² собрано свыше 7 тысяч оригинальных экспонатов, каменные орудия труда, материалы трипольской культуры, коллекция древностей с античных городов Южного Причерноморья, старорусских городов: Киевa, Воиня, Чучина, орудия труда стоянки Королёво в Закарпатье, которая имеет возраст свыше 800 тысяч лет.

Данные экспонаты характеризуют основные этапы в истории развития человечества (около 1 млн лет назад до XVII века): каменная эра, энеолит—бронза, ранний железный век, средневековье.

Экспозиция отображает результаты научных исследований коллектива Института Археологии и является образцом практического воплощения результатов фундаментальных исследований.