自然史博物館は、美術史博物館に向かい合って建っています。下の写真のように、形も酷似しています。
フランツ1世が1748年にフィレンツェのジャン・ドゥ・バイユウから購入したコレクション。長く皇室で管理されていたが、フランツ・ヨーゼフ1世がウィーンに移し、1876年に「帝国自然史博物館」を設立し、1889年に公開し今日に至っています。
このように太古の化石や鉱物、世界中から収集したハクセイなど、自然科学全般にわたる展示品が所狭しと並べられています。2011年に新改装された恐竜ホールは、恐竜、翼竜、始祖鳥などが展示され、動くアロサウルスは特に子供たちに人気があります。2012年11月に開設された自然史博物館の隕石展示室は世界最大規模で最古の隕石コレクションで、約1100点の「空からの贈り物」が公開されています。