Muzeum powstało w 1948 roku, a obecną stałą siedzibę, nowo odbudowany Biały Pałacyk, otrzymało w 1950 roku. W 1951 roku została tam otwarta pierwsza stała ekspozycja muzealna. W 1959 roku placówkę włączono w struktury Polskiej Akademii Nauk (PAN). W 1966 roku powiększyła się ona o sąsiedni budynek − willę Pniewskiego przy alei Na Skarpie 27.
Pierwszym dyrektorem muzeum był Stanisław Małkowski (1889–1962), który piastował swą funkcję do 1950 r., kolejnym dyrektorem była Antonina Halicka (1908–1973) kierująca placówką do 1973 r. Funkcję dyrektora w latach 1974–2008 sprawował Krzysztof Jakubowski.
W 2023 r. prezes PAN Marek Konarzewski podjął decyzję o likwidacji z końcem roku placówki i przekazaniu zbiorów Instytutowi Nauk Geologicznych PAN w Krakowie. Powodem był zły stan techniczny obydwu budynków muzeum i brak środków finansowych na ich remont. Po rozmowach z Ministerstwem Kultury i Dziedzictwa Narodowego zapadła jednak decyzja o przekształceniu placówki w oddział Narodowego Muzeum Techniki. Docelowo zbiory placówki mają być przekazane do planowanego Muzeum Przyrodniczego w Warszawie.
Siedziba