Bảo tàng Sinh học, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội được thành lập năm 1926 tại 19 Lê Thánh Tông, Hà Nội (Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội trước đây) với tên gọi khi đó là Bảo tàng Động vật, Đại học Đông Dương và là Bảo tàng sinh học đầu tiên ở Việt Nam và Đông Dương.
Ban đầu Bảo tàng Động vật là bộ sưu tập các tiêu bản động vật thuộc phòng thí nghiệm tự nhiên (Laboratoire des Sciences Naturelles) của Trường cao đẳng Nông lâm nghiệp (École supérieure d’ Agriculture et de Sylviculture) thuộc Đại học Đông Dương (Université de l’Indochine) do René Bourret sáng lập vào năm 1926, khi đó ông là giáo sư bậc 3 giảng dạy tại đây. Bourret đã biên thư, gửi tiền cho các quan Tây đóng bốt ở các địa phương để thuê thợ săn sưu tầm động vật cho phòng thí nghiệm của ông. Ngoài ra, trong các dịp đi nghỉ ở các địa phương, ông đều kết hợp nghiên cứu, sưu tầm tiêu bản động vật. Trên cơ sở các tiêu bản của bảo tàng, Bourret đã công bố một số chuyên khảo “Lưỡng cư ở Đông Dương” (Les Batraciens de l’Indochine), “Vượn ở Đông Dương” (Les Gibbon de l’Indochine), …
Năm 1946, kháng chiến bùng nổ, Trường Đại học Việt Nam đóng cửa. Công cuộc khảo cứu thiên nhiên ngừng trệ nên bảo tàng không có mẫu vật bổ sung.
Tháng 10 năm 1954 chiến tranh kết thúc, thực dân Pháp rút khỏi Hà Nội, phần lớn tiêu bản động vật bị đưa về Pháp.
Chính phủ Việt Nam tiếp quản Hà Nội mở lại Trường Đại học sư phạm Khoa học. Phòng tiêu bản do Pháp để lại có trên 100 tiêu bản cá ngâm formol, 830 mẫu lưỡng cư, bò sát, 217 tiêu bản chim và 32 tiêu bản thú. Trong đó tiêu bản được sưu tầm sớm nhất là Rắn Ráo trâu (Ptyas mucosus) sưu tầm ngày 11/5/1905 ở Ấp Thái Hà, Hà Nội có ký hiệu R373 – M47 – 70.2.1; tiêu bản chim Diều lửa (Haliastus indiss intermedius) do Jabouille sưu tầm ở Huế ngày 28.9.1926 có ký hiệu 171.0.15.
Từ năm 1956, Bảo tàng Sinh học là đơn vị trực thuộc Khoa Sinh học. Hiện nay, Bảo tàng Sinh học đang lưu giữ hơn 100.000 mẫu vật thuộc 03 đơn vị chuyên môn: Thực vật học, Động vật không xương sống và Động vật có xương sống.
Ngày 20 tháng 4 năm 2006, Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết định số 86/2006/QĐ-TTg về việc phê duyệt “Quy hoạch tổng thể hệ thống bảo tàng thiên nhiên ở Việt Nam đến năm 2020” với mục tiêu tổng quát là “Xây dựng và đưa vào hoạt động hệ thống bảo tàng thiên nhiên hoàn chỉnh về cơ cấu; hiện đại về kỹ thuật; khoa học, hiệu quả và phong phú về nội dung hoạt động; phục vụ tốt nhu cầu nghiên cứu, giảng dạy, tham quan, học tập, phổ biến kiến thức về quá trình phát triển lịch sử tự nhiên ở Việt Nam”. Theo đó, Bảo tàng Sinh học được xác định thuộc nhóm Bảo tàng thiên nhiên cơ sở.
Từ sau khi có Quyết định số 86/2006/QĐ-TTg nêu trên, Bảo tàng Sinh học ngoài việc hoạt động chuyên môn thuộc sự quản lý của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và Khoa Sinh học còn tham gia vào các Hội nghị, Hội thảo thuộc hệ thống bảo tàng thiên nhiên Việt Nam cũng như có các báo cáo hoạt động hằng năm với tư cách là Bảo tàng thiên nhiên cơ sở.