Il complesso oggi è costituito dalla Villa Henderson vera e propria dove sono ospitati gli uffici amministrativi e dalla nuova sezione, sviluppata su tre piani, che comprende 4 percorsi articolati in 3 sale espositive: la Sala dell'Uomo, la Sala di Geopaleontologia, la Sala dell'Uomo nel Mediterraneo, la Sala di Anatomia comparata dei Vertebrati. Un quinto percorso, inaugurato nel 2009, riguarda il Volo in Natura ed offre una panoramica sulle strategie elaborate dagli organismi vegetali ed animali dai tempi della preistoria sino ai tempi attuali. Nello stesso complesso è ospitato il planetario ed un auditorium (con oltre 100 posti a sedere) dotato delle più moderne attrezzature per la riproduzione sonora e visiva. All'interno del giardino storico si trova la palazzina dove è presente la biblioteca storico-scientifica: con la sua collezione di circa 5.000 volumi e più di 400 riviste, catalogati e fruibili dal pubblico su appuntamento, risulta essere un ottimo centro documentale e banca dati per l'area mediterranea.
Sempre all'interno del giardino storico è presente la Sala degli Invertebrati, dedicata alle numerose varietà di esseri viventi appartenenti alla categoria degli invertebrati, acquatici e terrestri, sia primitivi che più evoluti: una parte della sala riguarda le specie marine (come le spugne, i molluschi, gli echinodermi), mentre un secondo settore interessa gli artropodi terrestri (ad esempio gli aracnidi, i coleotteri, gli odonati ed altri).
Nella Sala del mare, oltre a diorami che riscostruiscono i fondali mediterranei, sono esposti una serie di scheletri di cetacei marini tra cui spicca un esemplare di balenottera comune rinvenuta a Piombino nel 1990. Il padiglione, costruito appositamente per l'esposizione al pubblico del cetaceo e che ne richiama la forma nella sua architerrura costruttiva, offre una ricca documentazione su tutte le specie di pesci, mammiferi, tartarughe e uccelli del Mar Mediterraneo.
È presente anche un orto botanico che costituisce la proiezione esterna delle sale del museo. Esso ripropone la flora del bacino del Mediterraneo, con particolare riferimento alla provincia labronica e al suo Arcipelago. In una zona dell'orto è posizionata una stazione meteo in grado di rilevare giornalmente vari parametri climatici e di effettuare medie statistiche nel lungo periodo.
