Основателем музея является доктор биологических наук Александр Котс, родившийся в семье немецкого эмигранта Альфреда Котса в 1880 году. В возрасте 19 лет Александр отправился в первую экспедицию в Западную Сибирь для изучения редких видов птиц. Собранная по результатам поездки коллекция чучел экспонировалась в России на XIV выставке Всероссийского общества акклиматизации. В последующие годы учёный активно пополнял собрание, закупая за свой счёт экспонаты через знакомого ведущего зоолога-систематика Конрада Лоренц.

Идея о создании музея возникла у Котса в студенчестве, после посещения Дарвиновского зала Британского музея. Согласно воспоминаниям биолога, его поразили «богатство фактов и скудость, недосказанность объединяющей идеи». По этой причине учёный поставил перед собой цель создать на базе собственной коллекции музей, посвящённый теории эволюции.

Датой основания музея считается 1907 год, когда Котс был приглашён преподавать теорию дарвинизма на Высших женских курсах. В этом же году биолог перенёс своё собрание в зоологическую лабораторию курсов и зарегистрировал коллекцию под названием «Музей эволюционной теории Московских высших женских курсов».

Экспозиция музея состоит из более чем 400 000 единиц хранения, размещённых на 5000 м². В Дарвиновском музее представлена информация о процессе эволюции, многообразии жизни на Земле, изменчивости и наследственности видов, естественном отборе и борьбе за существование в природе.

В музее экспонируется самая большая в мире коллекция аберрантов — птиц и зверей, окраска которых имеет отклонения от типичного для данного вида

В экспозиции представлены не только натурные экспонаты, но и произведения художников-анималистов: Михаила Езучевского, Алексея Комарова, Александра Формозова, Вадима Трофимова, Константина Флёрова, Вениамина Белышева, Дмитрия Горлова, Николая Кондакова. В залах выставляются скульптурные работы Владимира Домогацкого, Сергея Конёнкова, натуралиста Конрада Геснера, Марии Сибиллы Мериан, Джона Одюбона, советских скульпторов-анималистов Андрея Марца, Георгия Попандопуло, Алексея Цветкова, Александра Белашова, Марины Островской и других.

В музее хранятся около 9000 работ о природе, в число которых входят первое издание «Происхождение видов», письма Дарвина, а также старинные книги по естественной истории. Одно из самых редких произведений коллекции — «История змей и драконов» Уллиса Альдрованди.

Начиная с 2000-х годов музей внедряет в экспозицию мультимедийные модели. Большинство залов оборудованы компьютерными технологиями. Например, мезозойская эра проиллюстрирована движущимися моделями динозавров[7].

Подземный переход из главного здания ведёт в выставочный комплекс с экспозицией «Пройди путём эволюции», учебной лабораторией, инсектарием с живыми насекомыми «МиниЗоо», оранжереей, цифровым планетарием, 4D и 5D аттракционами. На площадке перед музеем расположен небольшой палеопарк с фигурами амурозавра, килеска, эстемменозуха, мастодонзавра, пандерихтиса, мамонта, шерстистого носорога и пещерного льва.

В Дарвиновском музее используются современные мультимедийные технологии: аудиотрансляции голосов птиц и зверей, свето-видео-музыкальная экспозиция «Живая планета», установлены информационный центр «ЭкоМосква» и интерактивный комплекс «Путешествие с животными», оснащённый технологией дополненной реальности. В 2014 году мэр Москвы Сергей Собянин открыл в музее интерактивный центр «Познай себя-познай мир». При музее открыт Центр молодёжного инновационного творчества с курсами электроники и робототехники. Еженедельно проводятся лекции, кинопоказы, встречи с путешественниками и известными учёными.

Москва, ул. Вавилова, д.57