Il museo, originariamente situato in piazza S. Agostino, ebbe come nucleo costitutivo alcuni reperti storici di Giacinto Carena e raccolte donate da Giovanni Boano (ornitologia), Gianfranco Curletti (mineralogia), Gianni Delmastro (ittiologia), e successivamente da Sergio Perrone (molluschi fossili pliocenici), Vittorio Peracino e Paolo Durio (mammiferi e uccelli), Pier Franco Cavazzuti e Domenico Gianasso (coleotteri), Mario Strani (lepidotteri tropicali). Nel 1990 il museo venne trasferito nella sua sede attuale, situata nel parco della Cascina Vigna.

L'attività di espansione è in seguito continuata con l'acquisizione delle raccolte di Roberto Sindaco (erpetologia e teriologia), delle collezioni entomologiche di Sergio Rastelli, Roberto Pescarolo, Camillo Forte, Orlando Cantamessa, della raccolta di fossili pliocenici di Carlo Bosso. Il museo “dispone inoltre di erbari, una collezione aracnologica di 70 esemplari, una carcinologia di 100 pezzi, diorami e di un plastico relativo ad aree limitrofe al territorio di Carmagnola”.