Το NHM ήταν αρχικά τμήμα του διάσημου Βρετανικού Μουσείου. Όταν το 1881 εγκαινιάστηκε το σημερινό κτίριο του NHM, τότε ονομαζόταν Βρετανικό Μουσείο (Φυσικής Ιστορίας) ή BMNH. Ο επικεφαλής του αναφερόταν στον διευθυντή του Βρετανικού Μουσείου. Μόλις το 1963 το NHM έγινε πλήρως ανεξάρτητο, με δικό του Διοικητικό Συμβούλιο, και μόλις το 1992 του επετράπη να χρησιμοποιεί το σημερινό του όνομα.
Το 1986, το μουσείο απορρόφησε το γειτονικό Γεωλογικό Μουσείο της Βρετανικής Γεωλογικής Υπηρεσίας, το οποίο βρίσκεται ακριβώς βόρεια του Εθνικού Γεωλογικού Μουσείου. Οι αίθουσες του μουσείου ανακατασκευάστηκαν πλήρως και επαναλειτούργησαν το 1996 ως The Earth Galleries, ενώ οι εκθέσεις στο κτίριο Waterhouse μετονομάστηκαν σε The Life Galleries. Οι εκθέσεις ορυκτολογίας του ίδιου του Μουσείου Φυσικής Ιστορίας παραμένουν σε μεγάλο βαθμό αμετάβλητες ως παράδειγμα των βαθιών Ls του 19ου αιώνα του κτιρίου Waterhouse.
Το νεοαναπτυσσόμενο Κέντρο Δαρβίνου (που πήρε το όνομά του από τον Κάρολο Δαρβίνο) έχει σχεδιαστεί ως νέα στέγη για τη συλλογή δεκάδων εκατομμυρίων διατηρημένων δειγμάτων του μουσείου και ως νέοι χώροι εργασίας για το επιστημονικό προσωπικό του μουσείου. Κατασκευασμένο σε δύο φάσεις, με δύο νέα κτίρια δίπλα στο κεντρικό κτίριο Waterhouse, είναι το σημαντικότερο νέο έργο στην ιστορία του μουσείου.
