大连自然博物馆是一座集地质、古生物、动物、植物标本收藏、研究、展示于一体的综合性自然科学博物馆，位于沙河口区黑石礁西村街40号，为国家一级博物馆。

大连自然博物馆的建馆史可追溯至1907年，其前身曾被命名为“东北地质博物馆”“东北资源馆”等，1959年正式定名为大连自然博物馆，由郭沫若题写馆名。原馆址位于19世纪末修建的达里尼市政厅大楼，该建筑1996年被列为全国重点文物保护单位。1998年，大连自然博物馆新馆建成并对外开放。

大连市自然博物馆建筑面积15000平方米，展览面积1万平方米，基本陈列有恐龙、海洋生物、东北森林动物、湿地等11个展厅，馆藏各种标本近20万余件，珍贵标本6千余件，海洋生物、大连第四纪古生物化石、辽西化石、东北野生动植物、非洲动物等为展示特色。

1907年，地质调查所成立，馆舍位于大连市西岗区烟台街3号，为1898年俄罗斯帝国侵占大连时所建的市政厅。1914年，地质调查所对部分人员开放。

1923年8月，地质调查所在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。1926年1月，随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，更名为“满蒙资源馆”，并对陈列进行改造，于同年11月正式对外开放。

1945年8月，日本投降后，交由中东铁路接管。经过充实休整后，于1948年重新开馆，并将馆名改为“东北地区资源馆”。

1949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，沿用“东北资源馆”的名称。

1959年，东北资源馆定名为大连自然博物馆，由郭沫若题写馆名。1978年，经市委市政府批准，大连自然博物馆馆划归大连市科学技术委员会。

1998年，大连自然博物馆新馆建成并对外开放，老馆（烟台街馆舍）则作为大连自然博物馆的库房和标本制作室继续使用。

2000年，大连自然博物馆获大连市首届十佳环保景点称号。

2002年，大连自然博物馆入选全国青少年科技教育基地称号。次年，大连自然博物馆与肯尼斯·贝林达成了捐赠非洲野生动物标本的协议，3年时间获赠114件价值1000万美元的珍稀非洲野生动物标本，包括非洲草原象、猎豹、河马等世界级珍稀标本。

2005年，大连自然博物馆获全国科普教育基地、全国中华人民共和国野生动物保护法科普教育基地称号。2009年5月18日新馆对外免费开放。

2018年，大连自然博物馆被评为全国首批甲级古生物化石收藏单位，同年11月，大连自然博物馆改革为公共文化服务中心的一个分支机构。

2020年，大连自然博物馆入选第四批国家一级博物馆名单。次年，馆内基本陈列升级改造完成，主要对海洋哺乳动物展厅、海洋无脊椎动物暨海藻展厅、鱼类展厅、新生代展厅进行升级改造。

大连市自然博物馆老馆舍为1898年俄罗斯帝国侵占大连时所建的市政厅，建筑为地上两层，地下1层，砖混结构，建筑物外观红砖绿瓦，屋面用尖顶装饰，为古典复兴式建筑。新馆舍三面环海，礁石环绕，为为现代欧式建筑。

大连自然博物馆建筑面积15000平方米，展览面积1万平方米，基本陈列有恐龙、海洋生物、东北森林动物、湿地等11个展厅。

大连自然博物馆展览以“自然与人”为主题，用序厅、地球科学、海洋生物和陆生生物4大主题单元11个常设主题展厅，11个主题展厅分别是：地球科学主题单元3个展厅（地球厅、恐龙厅、大连地区第四纪古生物厅），海洋生物主题单元4个展厅（海兽厅、硬骨鱼厅、软骨鱼厅、海洋无脊椎动物与海藻厅），陆地生物主题单元4个展厅（湿地厅、东北森林厅、陆生动植物精品厅、肯尼斯·贝林厅），还设有2个中型临时展厅、2个微型展厅。

地球厅展览主题是“地球与人”。展览从沧海明珠、大地沧桑、地下宝藏、人地和谐4个方面介绍了地球自形成以来所发生的变化、变化的原因、变化的产物以及人与地球的关系。

恐龙厅展览主题是“走近恐龙”。下设4个单元，第一单元“恐龙是什么”，着重向观众介绍有关恐龙的基本知识；第二单元“恐龙大奇观”，讲述形形色色、形态各异的恐龙以及它们的生活习性和生殖方式；第三单元“恐龙的亲戚”，介绍恐龙时代非恐龙类的爬行纲；第四单元“灭绝之谜”，介绍造成恐龙灭绝的各种假说。采用开放式景观、大型恐龙化石骨架和珍稀中生代古生物化石相结合的手段，配以气龙捕食蜀龙属、霸王龙与甲龙斗智斗勇的故事场景和古生物挖掘模拟现场，向观众系统地介绍了恐龙的相关知识，并在展览中增加了以馆内珍稀标本鹦鹉嘴龙为原型的恐龙骨架。

大连市地区第四纪古生物展览主题是“古兽马传奇”。利用在大连地区发现的新生代古生物化石，通过食肉的凶猛动物、食草的偶蹄目、灭亡的奇蹄目、大型长鼻动物和小型哺乳纲等5个板块分别展示了新生代大连地区的生物面貌和生态类型。

海兽厅展厅中的大型剥制标本抹香鲸、灰鲸、长须鲸、北太平洋露脊鲸等大型海洋哺乳动物及其部分骨架标本在此集中展示。

软骨鱼厅展览主题是“海中霸主——鲨鲸目标本鱼”。展览以各种鲨鱼标本为主，配以其他软骨鱼类标本，系统地介绍了海洋中软骨鱼类的分类、水中生活、演化以及鲨鱼与人类的关系。

硬骨鱼厅展览以黄渤海中各种鱼类标本为展品，以海洋景观箱为辅助展示手段，系统地介绍了各种硬骨鱼类在海中的地位（生物与生物的关系）、生活背景、生存技巧（生物与环境的关系）以及人类和硬骨鱼类之间的关系。

海洋无脊椎动物与海藻厅展览主题是“贝藻似锦”。展览通过海中采贝、百花争艳、千姿百态、万紫千红、海洋牧场、明日辉煌6个板块的内容，以实物标本、图片、生态景观和展现了海底贝藻世界。

东北森林厅展览以针叶林、针叶阔叶混交林、阔叶林等仿真森林景观为主，配以相应森林生态中生存的各种动物标本，再现了东北森林自然景观。

湿地厅通过5个开放式景观（独特的红树林湿地、青藏高原湿地、鹤乡——扎龙湿地、红色海岸——双台河口湿地、鸟类迁徙的通道一老铁山）及有关湿地知识的介绍，描绘湿地自然生态环境图。

肯尼斯·贝林也叫非洲厅，展览以肯尼斯·贝林先捐赠的动物标本为主，采用开放式陈列，利用拥有自主知识产权的植物制作新技术，重塑了非洲的热带雨林、热带草原等生态景观。

陆生动植物精品厅展览利用精心甄选出的与陆地环境息息相关的植物、昆虫、两栖、爬行纲和鸟类标本，以对生命世界中神奇的生物和生命现象的解读作为切入点。

自2015年成立陈列展览部以来，大连自然博物馆每年举办10个以上不同规模与主题的临展。还陆续开发了特色馆藏的主题巡展项目，先后在北京、浙江省等地的多个博物馆巡回展出。

辽宁岩玉石艺术品展展览以岫岩玉石为母基，以各类动植物为原型，展览动植物雕刻。

瓷板画艺术品展展览以瓷板画的形式再现了现生动物和植物的艺术之美，将自然与艺术紧密结合在一起。

美洲和欧洲动物展以贝林捐赠的美洲和欧洲动物标本为主，简单地介绍了美洲和欧洲动物的特点和知识。

陆生贝类精品展展览主要从陆生贝类的“奇”“特”“珍”“美”以及陆生贝类与人类的关系等方面为进行详细介绍，并配合活体蜗牛进行展示。

大连市自然博物馆馆藏各种标本近20万余件，珍贵标本6千余件，海洋生物、大连第四纪古生物化石、辽西化石、东北地区野生动植物、非洲动物等为展示特色，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，其中重达66.7吨的南露脊鲸标本，在国内独一无二，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惟一的、数量最多、保存最完整的的化石标本。

东北巨龙是在辽西省发现的首个泰坦巨龙类化石，正模标本，其特征是有一个头尾伸长的喙部，而且末端呈正方形，位于腹侧前方，耻骨的骸臼边缘长且光滑，略微凸起。东北巨龙全长12米，代表了辽西热河生物群第一只早白垩世的蜥脚类恐龙。

双庙龙为草食性鸟臀目恐龙，生活于早白垩世，产自北票市。正模标本仅为左前上颌骨、左上颌骨、泪骨与齿骨。博物馆双庙龙标本保存较完整，头骨、部分椎体及部分肢骨保存均完整。

步氏克氏龙为中等大小的甲龙，体长约4米，下颌骨较低，外侧无骨甲覆盖。牙齿小，齿冠上有垂直向棱和边缘的小齿，齿环发育不全。有愈合的颈甲板，膜质骨甲形态多样，尾后部的椎体相连，呈棒状，两侧有排列对称的甲板。

朝阳会鸟为进步鸟类和原始鸟类之间的过渡型鸟类。特征是前颌及上颌具有锋利的牙齿，前肢与后肢的长度比例为3：2；叉骨坚实，尾椎相对缩短，末端的7块椎骨愈合形成尾棕骨；乌喙骨宽，呈梯形，无支撑结构，近端中部有—椭圆形孔。

燕鸟特征是吻端长，前颌骨前端尖锐，齿骨直，前端较钝，愈合荐椎包括9块荐椎，尾棕骨短，跑跖骨完全愈合，第一骨弯曲，第一趾短小。

大连市马是从三门马演化而来的大型马类，是更新世晚期大连地区最具代表性的动物。特征是颊齿大小、结构构造均与现生的普氏野马相似，但其第三掌骨及第三踱骨均较长。

中华古果标本同时保存了两棵植株，二者呈上下颠倒状保存。正立者植株纤细，种子已经成熟。标本保存了从根部到荚果的所有植体，是迄今在辽西省发现的最为完整的早期被子植物门化石。

孟氏丽昼蜓主要特征是后翅臀套较小，径增脉缺，后翅CuAa脉弯曲，带有5个明显的后分支，前翅MP脉短，终止于翅后缘近翅结处，翅痣下有一个明显的支脉。

黑露脊鲸属，1977年在黄海北部海域捕获，露脊鲸全长17.1米，体重约66.7吨，是目前中国最重的一件鲸目动物标本。

自2010年以来，大连自然博物馆推出以“走近博物馆、探索大自然”为主题的系列科普活动，包括小讲解员培训班、百科竞答活动、科普小庙会、博物馆探宝夜等。2018年，把4所学校的生物课堂搬到了博物馆，指导青少年动手制作凤蝶总科标本、植物叶脉书签、基因手链、翻制化石模型等，举办舞台剧《野鸟》《白鲸传奇》、互动脱口秀恐龙主题小剧场等，举办了面向高校的天文知识竞赛和面向成年人的达人秀邀请赛。　2019年，大连自然博物馆VR语音全景导览项目上线，推出了“延伸阅读”深度学习模式。

2000年，大连自然博物馆获大连市首届十佳环保景点称号。

2002年，大连自然博物馆获大连市旅游工作先进单位，入选全国青少年科技教育基地称号。

2005年，大连自然博物馆获全国科普教育基地、大连市优秀科普教育基地、全国中华人民共和国野生动物保护法科普教育基地称号。

2006年，大连自然博物馆获得大连市文明单称号。

2018年，大连自然博物馆被评为全国首批甲级古生物化石收藏单位。

2020年，大连自然博物馆入选第四批国家一级博物馆名单。

2023年，大连自然博物馆获中国自然科学博物馆学会优秀科普案例优胜奖。