上海自然博物馆筹备处先后设在南昌路铭德里2号、虎丘路20号、重庆南路中国科学院上海昆虫研究所内；1958年8月迁入延安东路260号（原为华商纱布交易有限公司），是坐北朝南6层英国古典风格建筑，占地面积2600余平方米，建筑面积1.2万多平方米。1960年2月，中国科学院院长郭沫若书写馆名“上海自然博物馆”。

　　上海自然博物馆是一所包括古生物学、植物学、动物学、人类学、地质学、天文学多种自然科学的综合性博物馆。主要任务是在收集自然标本及图书资料的基础上，开展科学研究和社会教育。1960年1月27日，动物学分馆在馆本部开馆；1984年，植物学分馆在龙吴路1102号建成，占地面积1800余平方米，共六层，建筑面积3065平方米。陈列面积达4000多平方米，内容包括古动物史，古人类史，现代动物三部分，现代动物又包括无脊椎动物，鱼类，两栖动物，爬行动物，鸟类和哺乳动物等，加上上海地区古尸展，海洋动物展览共有九个陈列室。植物学分馆陈列面积2200多平方米，内容为植物的进化。

　　整个陈列按低等到高等的顺序排列，反映生物演化的历程，以动物界各个门，各个纲，各个目的代表物种，并配有各种生态景箱环境，既科学展示了各种动物的基本特征，又形象反映了它们的栖息及其与人类的密切关系，其中许多为我国特产和一二级的保护动物。另外馆内还经常举办各种专题展览，动物标本制作和化石修复演示，为广大观众提供多种服务。

　　上海自然博物馆1984年以来共申请到各种科学基金19项，其中“西藏海相中生代腹足类”、“关于野生麋鹿种群在中国重建问题的探讨”分获市科技进步二、三等奖；“药用矿物的研究和开发”、“我国自然博物馆的现状、结构及发展趋势”分获上海科学院科技进步二、三等奖。独立和合作编写出版的生物学、矿物学等学术著作、彩色图集等共33部。此外，在中外刊物上发表的博物馆学著作约20篇，还主办《考察与研究》学术专辑，每年出版1至2辑，主要反映上海自然博物馆科技人员的考察与研究成果。

　　国际文化交流，包括标本交换、展览来往、合作研究、学术交流、资料交换等5个方面。自1985年11月“动物演化史展览”赴新加坡展出后，先后有7个展览赴新加坡、菲律宾、意大利等国展出。

　　现有组织机构设置包括：动物学部、植物学部、地质古生物学部、人类学部、天文学部、科学教育普及部、资料部、美术设计部、标本制作中心和《自然与人》杂志社。业务人员145人。