Das NHM war zunächst eine Abteilung des berühmten British Museum. Als das heutige NHM-Gebäude 1881 eröffnet wurde, hieß es damals British Museum (Natural History) oder BMNH. Sein Leiter berichtete an den Direktor des British Museum. Erst 1963 wurde das NHM mit einem eigenen Stiftungsrat vollständig unabhängig, und erst 1992 durfte es seinen heutigen Namen verwenden.
Im Jahr 1986 übernahm das Museum das angrenzende Geologische Museum des British Geological Survey, das nördlich des NHM liegt. Die Galerien des Museums wurden komplett umgebaut und 1996 als The Earth Galleries wiedereröffnet, wobei die Ausstellungen im Waterhouse-Gebäude in The Life Galleries umbenannt wurden. Die Mineralogie-Ausstellungen des Naturhistorischen Museums bleiben als Beispiel für die im 19. Jahrhundert gezeigten tiefen Ls des Waterhouse-Gebäudes weitgehend unverändert.
Das neu errichtete Darwin Centre (benannt nach Charles Darwin) ist als neues Zuhause für die Sammlung des Museums mit zig Millionen erhaltenen Exemplaren und als neue Arbeitsräume für die wissenschaftlichen Mitarbeiter des Museums konzipiert. Es wurde in zwei Bauabschnitten errichtet, wobei zwei neue Gebäude an das Hauptgebäude des Waterhouse angrenzen und ist das wichtigste neue Projekt in der Geschichte des Museums.
