Il Museo, costituito da quattro sale intercomunicanti, fu inaugurato in occasione della triennale esposizione delle Belle Arti nel Ducato Estense. Negli anni successivi il patrimonio museale aumentò notevolmente per merito soprattutto di due anatomici, Paolo Gaddi (direttore dal 1840 al 1871) e Giuseppe Sperino (direttore dal 1898 al 1926); pochi furono i pezzi aggiunti in seguito.

Nel 1977 si è proceduto a una ricatalogazione e risistemazione dei reperti, che sono stati dislocati nelle vetrine che coprono interamente le pareti delle sale e nelle bacheche centrali secondo il criterio dell'anatomia descrittiva (ossia per apparati); tranne rare eccezioni vi sono accolti solo preparati di anatomia umana normale.