成都理工大学博物馆始建于1960年秋，建馆之初，本着为学校的教学实习和收藏保管标本之目的，成都地质学院（成都理工大学前身）设立了三个地质专业陈列室，随着师生员工在野外地质实习采集回来的地质标本日益增多，1962年，这些地质专业陈列室合并，命名为成都地质学院陈列馆，主要陈列展示岩石、矿物、矿产和古生物等地质标本，它不仅是学校重要的专业认识实习基地，同时也对外接待一些零散的社会参观者。1965年建立了面积达800平方米的综合馆。

2016年10月28日，成都市人民政府与成都理工大学签订《深入推进全面创新改革，共建世界一流大学战略合作框架协议》。协议中明确“成都市人民政府与成都理工大学在校区内共同策划、筹备、建设一所成都自然博物馆，将其打造成为城市重要的文化地标”。一座“国内一流、国际领先”的成都自然博物馆将矗立于成都理工大学校园。

2017年11月，《自然博物馆方案征集代理机构比选公告》公布，成都将在位于成华大道东三段的成都理工大学西北侧，修建成都自然博物馆，并拟向全球征集概念性设计方案。

2020年5月31日，成都自然博物馆主体结构完工。

2022年3月，成都自然博物馆（成都理工大学博物馆）超20具恐龙化石已装架好；同年6月14日，成都自然博物馆项目正式竣工验收。

2022年11月23日，成都自然博物馆（成都理工大学博物馆）将正式对公众开放。

2022年11月，入选2021-2025年度第一批补充认定的全国科普教育基地。

2024年6月27日，博物馆将结束为期3天的地面地胶修复工作，恢复对外开放。