1968年8月，天津市历史博物馆、天津市艺术博物馆、天津市自然博物馆合并，组建天津市博物馆。

1973年12月，恢复各博物馆建制。

1974年1月，更名为天津自然博物馆。

1997年，天津市委市政府在原址翻新天津自然博物馆。

1998年，天津自然博物馆建成并对外开放。

2013年，天津自然博物馆新馆改建工程被列为“天津市20项民心工程”之一。

2014年，天津自然博物馆改建完毕对外开放。

天津自然博物馆占地面积5万平方米，总建筑面积为3.5万平方米，展示面积1.4万平方米，包括常设陈列区、临展区、体验娱乐区、恐龙谷、小小科学家体验站以及科普教育中心等区域。

大厅设置了龙台，龙台上集中展示了多具恐龙骨架，其中既有像井研马门溪龙、合川马门溪龙和荣县峨嵋龙这样恐龙界的“巨人”，也有苏氏巧龙这种蜥脚类中的“侏儒”。作为它们死敌的兽脚类恐龙，霸王龙和将军庙单脊龙的骨架被摆在了龙台的正中。此外，龙台的左侧还设有霸王龙和三角龙对峙的可动模型场景，再现了这两种著名恐龙间殊死搏斗的场面。

《家园·生命展区》展示面积为5700平方米，由“远古家园”和“现代家园”两大部分内容组成，分为八大单元：生命诞生，地球不再荒寂、神奇爆发，生物从此繁盛、各显其能，争霸喧嚣海洋、从水到陆，开拓崭新家园、多样演化，爬行鼎盛一代、鸟儿飞天，天空的新主人、兴衰更替，哺乳动物辐射、人猿分野，智慧生物起源。采用古今结合的主题单元展示方式，展出古生物化石、岩矿及现生动植物标本近万件。依托新的地球观和最新科学研究成果，展示地球家园38亿年来生命世界由无机到有机、由单细胞到多细胞、由简单到复杂、由低等到高等的发生、发展，乃至波澜壮阔、跌宕起伏的演化历程。

《家园·生态展区》展示面积为3400平方米，以美国著名慈善家、天津市荣誉市民肯尼斯·贝林先生历年捐赠的200多件珍稀世界野生动物标本为基础，同时增加馆藏部分珍稀野生动物标本，如大熊猫、金丝猴等，共同展示世界各大洲的典型动物群。展区在设计理念上突出生态系统，每一大洲动物群以若干个景观组成，每个景观以不同的场景来展示，每个场景又由动物生活中的一个典型故事来表现。利用人工造景及背景画，结合各种现代化的展示手段，准确、科学地将世界上最具代表性的野生动物及其生态环境再现于观众面前，生动展示动物生活的真实场景。

截至2021年末，天津自然博物馆藏品有370964件（套），其中珍贵文物1299件（套）。

2020年6月4日，《“石”破天惊——纪念中国第一件旧石器发现100周年》主题展览在天津自然博物馆展出。

2022年11月，“畅游珊瑚礁的世界”和“水，科学的核心”主题展览在天津自然博物馆开展。

2023年1月1日，“本草 健康”展览在天津自然博物馆开展。

2023年7月18日，“飞行的奥秘”展览在天津自然博物馆开展。

天津自然博物馆是首批国家一级博物馆、全国爱国主义教育示范基地、全国中小学环境教育基地，曾荣获“全国文物系统先进集体”“全国第一次文物普查先进集体”等三十余项荣誉称号。

2019年6月，天津自然博物馆入选“2019人民之选——中国博物馆创新锐度TOP30”。

2020年11月，天津自然博物馆被中国共产党中央精神文明建设指导委员会评为“第六届全国文明单位”。

2020年12月，天津自然博物馆被科技部、中央宣传部、中国科学技术协会评为“全国科普工作先进集体”。

2021年9月13日，天津自然博物馆被评为“天津市全民科学素质工作先进集体”。

2021年11月30日，天津自然博物馆被中国科学技术协会评为“全民科学素质工作先进集体”。

2022年3月30日，天津自然博物馆入选“2021-2025年第一批全国科普教育基地”名单。

2023年1月，天津自然博物馆入选“2022年度全国热搜博物馆百强榜单”。

2023年2月，天津自然博物馆入选“第七批中国20世纪建筑遗产”推介项目名录。

截至2023年8月，天津自然博物馆下设12个职能部门，分别为党务行政办公室、人事部、财务部、保卫行政部、文保技术部、科普宣教部、信息资料部、动物部、植物部、古生物部、展览部、经营服务部。

天津自然博物馆，位于天津市河西区友谊路31号。

周二至周日09:00~16:30（16:00停止入馆）

乘坐天津公交662、668、686、835、868、912、529、641、675、800、826、838、906、655路至宾馆南道站或天津博物馆站下车。