自然博物馆是以展示物件和现象为特征的博物馆，以真实的自然遗物和历史遗物来诠释自然演化和文明进步的轨迹，通过再现真实的现象与人的感知过程，为人们探索了解世界提供体验和学习的氛围。这里是让人们能够全天候欣赏自然神奇、享受探索乐趣、获取新鲜体验、更新创造知识的场所，是让人们发现周围世界意义的地方。不出远门，人们就能身临其境地感受到非洲稀树草原的勃勃生机，领略到地球内部的运动规律和地壳岩层的丰富宝藏，欣赏到海洋生物的丰富奇特与勃勃生机，只要愿意，大人孩子可以随时去自然博物馆，探究物质世界的无穷奥秘，激发终身学习的不竭动力。
大连自然博物馆是联合国教科文组织登记注册的大型自然史博物馆，集地质、古生物、动物、植物标本收藏，研究、展示、教育于一体，是中国著名的自然史博物馆之一。烟台街老馆建筑是年沙俄修建的，具有浓郁的俄罗斯风格，是大连市初建时期的代表性建筑之一，年被国务院列为国家重点文物保护建筑。黑石礁礁林，是一座岩溶地貌的天然公园礁一石都是浑然天成的艺术精品，具有天然古抽的粗犷美，向您娓娓道出亿万年来的沧海桑田。人类与自然和谐的真谛，在这里得到了最好的诠释大连自然博物馆有悠久的历史。其前身始建于年，最初是日本南满洲铁道株式会社”创办的“地质调查所”，位于大连市中心的胜利桥北，目的是调查并掠夺东北地区的各种矿产资源。
年，对部分人员开放。年8月，调查所大量收集东北地区的自然标本之后，增设了陈列室，主要展示岩矿标本和古生物标本。年1月，着征集和展示标本的增多，更名为“满蒙物质参考馆”。同年3月，改名为“满蒙资源馆”，并对陈列进行了改造，扩充了陈列内容，并使之系统化，11月份正式对外开放年8月，日本帝国主义无条件投降后，苏联红军进驻大连并接管了该馆，经过充实修整，于年开馆，并改名为“东北资源馆”。年10月1日，中华人民共和国成立之后，该馆划归大连市文化局领导，并沿用“东北资源馆”名称。年，经上级批准，更名为“大连自然博物馆”，并请当时担任中国科学院院长的郭沫若先生题写了馆名。
年，黑石礁新馆建成并对外开放，是国内唯一拥有27万平方米海域的博物馆。年，被评为国家AAAA级旅游景区并获ISO:质量管理体系认证证书、iSO:环境管理体系认证证书，在国内外享有较高的知名度。大连自然博物馆黑石礁新馆现有基本陈列展厅十个，以“自然与人”为主题，包括地球厅、恐龙厅、巨鲸厅、硬骨鱼厅、软骨鱼厅、海洋无脊椎动物与海藻厅、第四纪哺乳动物厅、湿地厅、东北森林厅、肯尼斯·贝林厅、临时展厅两个，共展出标本余件。在展示设计上大胆创新，在国内第一个采用主题单元展示法布展，以展示生物多样性为主要任务，紧扣时代脉搏，强调环境保护，注重揭示人类、生物、环境的相互依存关系，强调天人共泰、物我同舟的人与自然共生的理念。
新馆陈列荣获“全国十大陈列精品奖”及“最佳新材料、新技术运用奖”肯尼斯·贝林展厅主要展出非洲景观与当地的野生动植物，展厅按照不同生态类型，结合标本再现景观，以开放式全景画，使观众不仅可以了解神秘非洲的野生动物世界，更可以通过展厅中多媒体以及景观全画幅演示来欣赏非洲大地一天中所经历的场景变换。地球展厅主要展示的是岩石矿物标本，并详细描述了地球的地质地貌。展厅中近20米长的地貌展示模拟平台，可以让观众直观地看到平原、高原、火山等详细构造，同时展厅中展示的珍贵矿物宝石也让观众在欣赏流连之余学习许多鉴定知识。恐龙展厅采用开放式景观，中间为恐龙池，展示有十几米长的马门溪龙，以及珍贵的巨型恐龙—东北巨龙等，四周采用半景和全景相结合，详细介绍了恐龙相关知识，并有古生物模拟挖掘现场。
另外，展厅还专门设置了鹦鹉嘴龙数字体验区，展出了一级珍稀藏品鹦鹉嘴龙及其复原模型巨鲸展厅是大连自然博物馆展览特色，人们难得一见的抹香鲸、灰鲸、须鲸、北太平洋露脊鲸在这里都可以见到，巨型钢架使这些大型海洋哺乳动物恰似在空中游弋，整个展厅为蓝色氛围，突显了海洋这一主题软骨鱼和硬骨鱼展厅也是大连自然博物馆的重点展厅，同时也是特色展厅，鱼类标本丰富，种类多样，涵盖了所有黄、渤海分布的鱼类，同时，大连自然博物馆还始终不断填充更新鱼类标本，不断探讨标本存贮与展示方式。软骨鱼与硬骨鱼两个展厅相得益彰，知识详实，标本充裕，无论从科学性还是普及性都是很好的研究题材和科普场所。无脊椎动物展厅主要展出海洋无脊椎动物，其中贝壳类是一大亮点，近些年的外展中，贝壳类占很重要的一部分。海洋藻类同样也是该展厅中的重点，其中还展示了藻类切片实物，观众可以通过显微镜来观察了解这些平时很少接触的生物。第四纪哺乳动物展厅为年新开放展厅。位于展厅中央的真猛犸象标本体长5.88米，肩高3.2米，其真骨含量可达80％；同时展出2.3米长的象牙真品。
展厅还展出了披毛犀、马鹿、鬣狗、东北野牛、野马等物种的完整骨架标本，其中大多数真骨含量可达90％。在组装过程中，突出了生态复原的特点，再现狼追捕狍子、鬣狗捕食野牛的场景。东北森林动物展厅采用体验式展示。整个展厅按照东北森林设计，观众通道在树林中，两侧依次为东北代表物种还专门设计了白桦林与针叶林不同场景，采用河流、木桥作为景观过渡。湿地展厅主要展示鸟类与栖息地，这里有红树林场景、芦苇场景、海岸场景，并放置不同展品，景观开放式，观众可视角度大，有充足空间从不同方面观赏展览。展厅还对鸟类迁徙、环志等知识做了详细介绍。大连自然博物馆现有各类标本15万余件，相关文物、照片、影像资料、野外记录、档案资料等珍贵标本3万余件。
馆藏特点是海洋生物标本和“热河生物群”化石标本，其中海兽标本20余种，其种类和数量在国内自然史博物馆中是最多的，重达66.7吨的北太平洋露脊鲸标本，在国内独一真猛犸象化石在亚洲也属罕见。“热河生物群”化石标本在国内是种类最多最有特点的，其中一窝鹦鹉嘴龙化石是世界上迄今为止唯一的、数量最多的、保存最完整的国宝级化石标本，其研究成果论文已发表在《Nature》（年9月期）上。董氏东北巨龙是目前辽西发现的最大的蜥脚类恐龙。大连自然博物馆也是国内唯一拥有系统地质矿产标本的博物馆。年，世界轮椅基金会主席、美国的肯尼斯·贝林先生向大连自然博物馆捐赠了价值万美元的非洲野生动物标本，制作精致美观，造型栩栩如生，是自然博物馆界接受的最早一批非洲野生动物标本捐赠。