Музей является частью Южно‑Уральского Федерального Научного Центра Минералоги и Геоэкологии Уральского отделения Российской академии наук (Юу ФНЦ МИГ УРО РАН).
Первые коллекции минералов и горных пород начали создаваться в 1925 году директором заповедника Д.И. Руденко. С 1931 года они экспонировались в Миасском краеведческом музее и в витринах, расположенных на верандах жилых домов некоторых сотрудников заповедника.
В 1935 году Ильменский заповедник был преобразован в комплексный для изучения не только минеральных богатств, а также флоры и фауны Ильменских гор и Южного Урала. В 1936 году было построено первое деревянное здание музея площадью 300 кв. м, в котором расположились два отдела: геологический и зоологический.
Пожар 1 февраля 1941 года уничтожил здание музея вместе с коллекциями. Во время войны (с 1941 по 1944 г.) здание вновь отстроили на фундаменте прежнего, и восстановили коллекции.
Следующий период в истории музея начинается с 18 июня 1944 года, когда состоялось официальное открытие музея в новом здании.
