Das Naturhistorische Museum ist eines der größten Museen in Österreich und wurde im Jahr 1891 gemeinsam mit dem gegenüberliegenden, äußerlich fast völlig gleich aussehenden Kunsthistorischen Museum eröffnet. Es wurde errichtet, um die riesigen Sammlungen von Naturalien der Habsburger unterzubringen. Etwa um das Jahr 1750 kaufte Kaiser Franz I. von Lothringen (Gemahl Maria Theresias) die zu dieser Zeit größte Sammlung an Naturalien vom Florentiner Johann Ritter von Baillou. Das Herz der Sammlung bildeten 30.000 Objekte, darunter seltene Schnecken, Korallen, Muscheln sowie Edelsteine und seltene Mineralien. Schon damals wurde die Sammlung nach wissenschaftlichen Kriterien geordnet. Im Laufe der Zeit wurden die Sammlungen so umfangreich, dass die Räumlichkeiten der Hofburg nicht mehr genug Platz boten.

Im Zuge der Schleifung der nicht mehr zeitgemäßen Basteien für den Bau der Ringstraße im Jahre 1857 wurde daher auch der Neubau von zwei großen Museen geplant. Die beiden an der Ringstraße gelegenen Museumsbauten wurden nach Entwürfen von Gottfried Semper und Karl Freiherr von Hasenauers erbaut. Baubeginn war im Jahr 1871, am 10. August 1889 wurde das Museum von Kaiser Franz Joseph I. feierlich eröffnet. Das Zentrum des Gebäudes bilden eine etwa 60 Meter hohe Kuppel, die den griechischen Sonnengott Helios zeigt, sowie Statuen berühmter Wissenschaftler im Stiegenhaus. Die Fassade und die Stuckdekorationen in den Innenräumen sollen die historische Erschließung von Welt und Weltraum zeigen. Des Weiteren befinden sich in den Ausstellungsräumen über 100 Ölgemälde berühmter Maler mit Motiven aus der Welt der Wissenschaft.