Il Museo di storia naturale dell'Università degli Studi di Pavia nacque nel 1771 all'interno del vasto contesto di provvedimenti previsti dalla riforma teresiana per un rinnovamento generale dell’ateneo. Fu costituito a scopo didattico grazie agli sforzi di Lazzaro Spallanzani, titolare della neo-istituita cattedra di storia naturale ed al dono di un nucleo di minerali da parte dell'imperatrice Maria Teresa d'Austria.

Le collezioni, formatesi attraverso raccolte personali, acquisti, scambi e donazioni, furono allestite nel 1775 all'interno della prestigiosa sede del palazzo centrale dell’Università, dove rimasero, incrementandosi, per oltre cento anni.

Nel XIX secolo il numero sempre crescente di reperti consentì la separazione delle collezioni, che diedero così origine a tre musei autonomi: zoologia (affidato a Pietro Pavesi), anatomia-comparata (affidato a Leopoldo Maggi), geologia e paleontologia (affidato a Torquato Taramelli).

Verso la metà del XX secolo nacque la necessità di reperire spazi da adibire a laboratori, così, intorno al 1960, si decise di trasferire le collezioni dei tre musei nei locali Castello Visconteo con l’intento, rimasto irrealizzato, di allestirvi un museo aperto al pubblico.

Dopo oltre trent'anni di degrado, nel 1995 venne istituito il Centro interdipartimentale di servizi musei universitari, che si occupò del recupero di tutto il materiale mediante restauro conservativo dei reperti. Oggi il Museo fa parte del Sistema museale dell'Università di Pavia.

In linea con l’esigenza di conservare le testimonianze che raccontano la storia locale delle scienze naturali per divulgarla e trasmetterla alle generazioni future, il 16 ottobre 2000 venne inaugurata la nuova sede temporanea del museo. La sede definitiva è attualmente in fase di progettazione, e sarà inserita nel Parco dei musei al polo scientifico dell’Università.