1930年，卢作孚先生创办“中国西部科学院”。

1943年由十余家全国性学术机构联合组建的“中国西部博物馆”。这成为了重庆自然博物馆的前身。

1943年，中国西部科学院联络内迁北碚的中央研究院动、植物研究所等十余家科研机构又在文星湾创建了中国西部博物馆。

1950年，中国西部科学院和中国西部博物馆由西南文教部接管。

1952年，重庆自然博物馆改为西南人民科学馆。

1953年，重庆自然博物馆并入西南博物院，更名为西南博物院自然博物馆。

1955年，西南博物院改组为重庆市博物馆。

1981年，四川省人民政府在重庆市博物馆增挂 “四川省重庆自然博物馆”牌子。

1991年，“重庆自然博物馆”独立建制。

1997年，重庆直辖后更名为重庆自然博物馆。

2006年，重庆自然博物馆北碚新馆决定修建。

2008年12月，重庆自然博物馆北碚新馆开工建设。

2015年11月9日，重庆自然博物馆新馆免费开放。

2017年5月18日，在首都博物馆接受晋级第三批国家一级博物馆授牌。

2018年10月，被评为全国中小学生研学实践教育基地。

2020年12月，被评为第七批国家生态环境科普基地。

2022年11月9日起，重庆自然博物馆暂停对外开放，恢复开放时间另行通知。

2023年3月，重庆自然博物馆非遗生活馆正式开放投用。

2024年5月18日，重庆自然博物馆将首次向公众免费开放珍品库房。

2025年3月17日，入选国有公益性收藏单位名单（第一批）。

2025年5月18日，保存着7700余件古生物标本的“生命档案馆”——重庆自然博物馆古生物库房开放。