Il Museo fu fondato ad Ancona nella seconda metà dell'Ottocento ed ha attualmente sede ad Offagna.

Attualmente sono esposti numerosi reperti naturalistici ed una ricca strumentazione scientifica. Il percorso museale si sviluppa su due piani: al primo, una sala ospita la ricostruzione dello studio del Paolucci con oggetti personali, libri e stampe e la collezione di animali esotici (due pinguini, un piccolo caimano, un armadillo, colibrì, piccoli squali, pesci-istrice, ecc.) del naturalista anconetano, frutto di scambi con altri colleghi, come usava alla fine dell'800. Al secondo piano, la prima sala ospita l'auletta multimediale, con una capienza di circa 30 posti a sedere, con la possibilità di proiettare video e presentazioni su un grande schermo televisivo, e di organizzare laboratori didattici per le scolaresche in visita.

La seconda sala riproduce il laboratorio del Regio Istituto Tecnico "Grazioso Benincasa" di Ancona, originaria sede del museo. In questa sala, tra le altre cose, sono esposti rari strumenti d'epoca, cinque dei quali recentemente restaurati e perfettamente funzionanti.

Nelle successive cinque sale sono esposti esemplari della fauna tipica dei vari ambienti marchigiani: fluviale, costiero, collinare, delle gole rupestri e montano. Una particolare attenzione è stata riservata all'ambiente dei guazzi alla foce del fiume Musone, al confine dell'area del Parco regionale del Monte Conero, oggetto di studio da parte di Luigi Paolucci durante tutto l'arco della sua vita.