Das Museum befindet sich im ehemaligen Palazzo Castellani aus dem 11. Jahrhundert. In seinem Innern befindet sich eine eindrucksvolle Sammlung alter naturwissenschaftlicher Instrumente, anhand derer die Geschichte der Naturwissenschaften erzählt wird. Ausgestellt werden die Instrumente der Medici-Sammlung, die zunächst im Mathematikraum der Uffizien untergebracht war. Als Großherzog Leopold I. das Museum für Physik und Naturgeschichte 1775 gründete, wurde die Sammlung dorthin gebracht. 1930 schließlich wurde das Museum für die Geschichte der Naturwissenschaften gegründet, hinzu kam die Sammlung der Lothringen-Dynastie, die sich heute im 2. Stock des Museums befindet.