北京自然博物馆是新中国凭借自己的力量筹建起来的第一座大型自然历史博物馆，主要有古生物、动物、植物和人类学等领域的标本收藏，主要从事科学研究和科学普及工作。该馆曾被中央宣传部和北京市政府称为“全国青少年科技教育基地”和“北京市爱国主义教育基地”，被联合国教科文组织中国组委会命名为“科学与和平教育基地”。从1995年起，又被连续评为“北京市精神文明先进单位”；1996年，被评为“全国先进科普工作集体”和“北京市青少年教育基地先进单位”；1996年和1998年，被评为“北京市科学技术普及工作先进单位”。
该馆位于首都南城中轴线上的天桥地区，背靠世界文化遗产天坛公园，面向现代化的天桥剧场，文化环境特殊，它的前身是成立于1951年4月的中央自然博物馆筹备处，1962年才正式命名为北京自然博物馆。
该馆占地面积为12000平方米，建筑面积24000平方米，展厅面积8000平方米。这其中的“田家炳楼”，是由香港实业家田家炳先生和北京市政府共同投资500万元兴建的标本楼，总面积达3600平方米，是国内同类馆中规模最大、设备最好、功能最全、使用价值最高的标本馆，于1992年建成并启用。
自然博物馆共有四个基本陈列和一个恐龙世界博览。共有馆藏文物、化石、标本多达10余万件，馆内的大型整体古哺乳动物化石数量在世界排名第二，其中的黄河古象化石、恐龙化石驰名中外。“动物陈列”按照系统发育顺序，展示了现生主要动物类群，反映了动物界从单细胞到多细胞、从水生到陆生、从简单到复杂的演化过程。“植物陈列”展示了原核生物的细菌、蓝菌，真核生物的藻类、真菌、裸子植物、被子植物等的大量标本及生态照片，再现了植物演化的过程，反映了植物在自然中扮演的重要角色。“古生物陈列”随着史前生命的足迹，通过大量的化石标本展示了脊椎动物从水生到陆生、由变温到恒温、由卵生到胎生的演化历程。“人之由来陈列”展示了由猿到人的历史进化过程，以及个体的人十月怀胎的诞生过程，勾勒出人类发展的轨迹。“恐龙世界”展现出高仿真恐龙，让游人好像置身于亿万年前的远古生态环境中，因而这里最受孩子们的青睐。
北京自然博物馆藏有20多万件标本，其中有一部分是国家一、二类保护的动植物标本，除此之外，还有一定数量的模式标本以及具有特殊意义的珍贵标本。有很多标本堪称孤品：闻名中外的古黄河象头骨化石，长26米的巨型马门溪龙，三塔中国鸟——世界上最早鸟类之一，以及完整的整窝恐龙蛋化石等。此外，馆内还收藏着见证世界各国友好往来的部分礼品标本，例如：科摩罗总统访华时赠送给江泽民同志的珍贵的拉蒂迈鱼（矛尾鱼）标本，早年越南胡志明送给毛泽东的亚洲象标本、朱德转送的鳄鱼标本等各类礼品标本。其中较为罕见的当属澳大利亚赠送给我国的恐鸟骨骼标本，这是地球上最大的一种鸟，在1885年已经灭绝了。这件标本是在我国保存的唯一的恐鸟标本。
与此同时，该馆与国外开展了一些合作研究项目，如与美国地球探索协会合作的宁夏回族自治区同心县古生物考察，与美国新墨西哥州自然博物馆合作的云南禄丰下侏罗纪似哺乳爬行动物研究以及杨思谅研究馆员与德国圣肯堡自然博物馆合作的蟹类研究；饶成刚研究馆员曾与美国学者在美国《科学》杂志上共同发表了“早期鸟类飞翔与攀握：来自中国下白垩统地区的新化石证据”的论文。北京自然博物馆于1994年与柳州白莲洞洞穴博物馆共同举办了“中国古人类与史前文化渊源关系”国际学术讨论会。中国自然科学博物馆协会于1993年举办了“自然科学博物馆与环境”国际学术讨论会。在以前，该馆的科学工作者还当选为国际第四纪地学大会的中方主席和世界鸟类学会秘书长。
北京自然博物馆几十年以来，先后出版了一些具有代表性的科研专著和科普读物，如甄溯南的《中国恐龙足迹研究》、蔡其侃的《北京鸟类志》、王鸿媛的《北京鱼类志》、刘思孔与他人合著的《中国蝶类志》及《中国鸟类食毛目的研究》等。另外，馆内有关专家还直接参与了《中国大百科全书》、《中国植物志》等专著的编纂工作。1982年，馆内专家集体编写科普图书——《生物史图说》由科学出版社出版，受到了广大读者的青睐；周国兴研究馆员的著作《人之由来》，也被评为全国优秀科普读物；1996年，关键研究馆员等撰写的大型科普读物《恐龙时代》一书，被出版社作为优秀图书推荐给读者。科普作家唐锡阳的著作《环球绿色行》一书，引起了读者的强烈反响。中国作家协会曾授予甄塑南和周国兴研究馆员“成绩突出的科普作家称号”。