Powstałe w drugiej dekadzie XIX wieku jako Gabinet Historii Naturalnej, muzeum ma w rzeczywistości znacznie głębsze korzenie, ponieważ pierwsza kolekcja okazów przyrodniczych, która trafiła na Uniwersytet w Modenie, pochodzi z 1786 roku z testamentu biskupa Modeny Giuseppe Marii Foglianiego, który przekazał własną kolekcję Rektoratowi.

Najważniejsza część zbiorów muzealnych powstała jednak w drugiej połowie XIX wieku dzięki kilku ważnym darowiznom. Wystawa prezentuje głównie skamieniałości zwierząt, kręgowców i bezkręgowców, ale nie brakuje również okazów roślin.

Muzeum znajduje się w trzech miejscach: główna siedziba Wydziału, przy via dell'Università, mieści kolekcje bezkręgowców i skamieniałości roślinnych, a także zajmuje się działalnością dydaktyczną i badawczą; przy via Berengario 14, dawnej siedzibie Muzeum Anatomii, znajdują się Sala Dinozaurów i kolekcje skamieniałości kręgowców; natomiast w Foro Boario znajduje się miejsce, w którym organizowane są wystawy Wydziału.

Świadectwa pochodzące z formacji neogenu Apeninów tosko-emiliańskich stanowią najobszerniejszy segment dziedzictwa i są efektem pracy badawczej wielu wykładowców paleontologii Uniwersytetu w Modenie i przyrodników rangi Pietro Doderleina i Dante Pantanelli. Wśród nich, ze względu na ich znaczenie, warto wspomnieć o szczątkach morskich gadów z okresu kredy i mezozoiku.

Część szkieletu płetwala gładkiego odnalezionego około trzydzieści lat temu uzupełnia kolekcję lokalnych skamieniałości pochodzenia pelagicznego. W 1926 roku muzeum pozyskało kolekcję malacologiczną Coppiego, obejmującą okazy pochodzące również z Apeninów modenese. W 1946 roku nadeszły skamieniałości Bentivoglio (rośliny z górnego karbonu), a później zbiory Montanaro Gallitelli (skamieniałości z całego świata).

W latach sześćdziesiątych XX wieku muzeum nabyło szkielety Camptozaura i Allozaurusa z osadów Utah, które wraz z doskonale zachowanym Ictiosaurusem z dolnej jury (zachodnia Niemcy), przekazanym w darze przez Fundację Ligabue, zdobią „Salę Dinozaurów”.

Godna uwagi jest również kolekcja oceanicznych ryb i skamieniałych palm pochodzących ze słynnego złoża w Bolce, na terenie Werony. Bogate są również kolekcje mikrofosyli, w szczególności kolekcja Di Napoli, jednego z twórców nowoczesnej dyscypliny mikropaleontologii.