位于首都华盛顿特区的国家广场。1910年3月17日建成开放。史密森学会博物馆之一，世界上广受欢迎的自然历史博物馆。致力于了解自然以及人类在自然界中的位置。前身是国家博物馆。首任馆长是史密森学会的第二任秘书S.F.贝尔德^[注]。

早期收藏包括1838～1842年美国探索探险队的文物和标本，以及19世纪50～70年代对美国西部进行重大勘测的收藏。这些藏品原本存放在史密森学会大楼（城堡）中，1881年被搬到美国国家博物馆大楼（现称艺术与工业大楼）。1882年馆长G.B.古德^[注]主持建设了国家博物馆的第三座建筑，即国家自然历史博物馆。1903年1月30日，美国国会根据美国国家博物馆人类学部主任W.H.霍姆斯^[注]的研究报告，拨款建立一个新的博物馆。1904年6月15日开工建设。1909年8月11日大楼交付使用，国家博物馆开始陆续搬入。1911年6月20日，主体建筑完工。第一次世界大战期间，1917～1919年战争风险保险局占用该建筑，博物馆对公众关闭。1930年批准扩建计划，但美国国会直到1960年才批准拨款，1965年东、西配楼建成使用。1957年美国国家博物馆划分为自然历史博物馆和历史与技术博物馆两个部分。1964年历史与技术博物馆迁入新建筑，现在被称为美国国家历史博物馆。1967年美国国家博物馆名称被撤销，自然历史博物馆和历史与技术博物馆分别成为独立的博物馆机构。1968年美国艺术博物馆和美国国家肖像馆成立，艺术品和肖像藏品被移交给该馆。1969年3月24日，自然历史博物馆更名为国家自然历史博物馆。20世纪80年代，博物馆因藏品增加而再度用完了空间，1983年在马里兰州的苏特兰建立了庞大的“博物馆支持中心”，以供馆藏存储、修复、保护和研究。

主体建筑大于18个足球场，是世界最大的自然历史博物馆。藏品总计约1.45亿件，包括各类标本和文物，全面反映地球的生命历史以及人类与环境以及彼此之间的互动。博物馆1层的“非洲之声”馆，展示在家庭、工作、社区和自然环境领域中非洲社会和文化的多样性、活力和全球影响力；“D.科赫化石”馆，探索从生命开端到恐龙统治，一直到地球生命史；“贝林哺乳动物”馆，展示世界上的绝大多数哺乳动物标本，有粉红色犰狳、南美金卡茹，突出哺乳动物家族的多样性。在1层的观众就餐区域，顶上悬挂巨型雌性巨齿鲨模型，将展示空间延伸到休闲空间；1层还有特别吸引青少年观众的海洋馆。

二层“珍稀之美”馆，展示澳大利亚独特的植物、动物物种及其环境；“骨骼”馆展示飞鱼、大型海龟、蛇、长颈鹿、猴子和很多脊椎动物的骨骼；“蝴蝶”馆，让人们欣赏活生生的蝴蝶，探索植物和蝴蝶如何相互反应进化；“挑战科学的面孔：胡须夫人计划”展，展示女性古生物学家的成就，探讨了社会性别议题；专题展“古埃及的永生”，展示古代埃及陶瓷、器具、珠宝以及4具2000年前的木乃伊，立足点是如何通过现代科学技术发现古埃及的世界；“J.A.胡克地学”馆展示了地质标本、宝石和矿产，发现地球上的宝石、矿物、岩石以及地震和火山的秘密，此外还有来自地球之外的陨石，探寻太阳系形成的奥秘；奥金昆虫动物园，是活昆虫和多足虫的世界，观看狼蛛吃午餐，了解蜜蜂、苍蝇和其他昆虫的多样性；“奇观之物”，展示了世界上各种稀奇古怪的自然史实物，或有趣，或美丽，或令人敬畏；“大爆发：世界的流行病”，与全球的流行病学家、兽医和公共卫生工作者，一起探索流行病议题。

三层“美国文化馆”，分为“美国文化”厅、“文化艺术”厅——变化的画廊。地下一层，设有人类学主题展“记录多样性：人类学家如何记录人类生活”，通过档案和图书馆收藏中的纸质、影像、声音和电影作品，了解人类学田野调查的历史以及人类生活的多样性；此外有惠特尼教育中心以及针对5岁以下儿童的活动空间。

基本陈列均设置专题学习项目和活动，其中主动学习项目已经成为基本配置。除了基本陈列，每年还举办大约20个临时展览。博物馆设有8个专业部门，包括人类学部、植物学部、昆虫学部、矿物学部、古生物学部、无脊椎动物学、脊椎动物学和史密森海洋工作站。各类研究人员400多人，已经出版的科学研究著作多达400部，每年发表的学术论文近2000篇。在新物种发现和命名、全球生物物种基因组数据库建设和藏品数字化等领域，具有全球领先地位。