Alla fine del XIX secolo il Museo finanziò, sotto gli auspici della Società Geografica Italiana, una serie di viaggi in terre allora inesplorate dal punto di vista naturalistico.

Cominciarono così i viaggi del capitano Luigi Maria D'Albertis, di Leonardo Fea, Arturo Issel, Orazio Antinori, Odoardo Beccari e Lamberto Loria nell'arcipelago di Mentawai (Sumatra), nella Birmania e nella Nuova Guinea.

Questi avventurosi e coraggiosi naturalisti riportarono in Italia milioni di esemplari di animali e vegetali in alcol, moltissimi nuovi per la Scienza ed altrettanti ancora da studiare ai giorni nostri.

Il Museo si impose così come il più importante d'Italia per gli Invertebrati, tanto da diventare Museo Nazionale per gli Insetti. Tutte le raccolte entomologiche fatte da spedizioni scientifiche e militari italiane, tra cui quelle coloniali in Libia, Somalia, Abissinia e Cirenaica vengono spedite qui.

Dopo la II Guerra Mondiale il Museo cesserà di essere Museo Nazionale, pur conservando ancora ai nostri tempi la più grande collezione entomologica d'Italia. Il numero stimato di esemplari supera infatti i 3 milioni, ma si tratta di una stima per difetto.

Contemporaneamente il Museo si fornisce di una grandissima raccolta di libri specialistici e riviste sugli animali, specialmente sugli insetti, tanto da diventare la principale biblioteca italiana sull'argomento. Tuttavia i bombardamenti inglesi della II Guerra Mondiale, oltre a danneggiare la città e la sua cattedrale, incendieranno anche parte della biblioteca, facendogli perdere il primato a favore di quella del Museo Civico di Milano.