Естественно - научный музей входит в пятерку крупнейших геолого- минерологических музеев страны.
В 1936 году было построено первое деревянное здание музея. К 1940 году в музее насчитывалось уже около 4,5 тысяч экспонатов.
Пожар 1 февраля 1941 года уничтожил здание музея вместе с коллекциями. Во время войны здание вновь отстроили на фундаменте прежнего, и восстановили коллекции. Для посетителей музей открылся 18 июня 1944 года. Но здание музея в то время не отапливалось, поэтому посетителей принимали только в летний период (около 30 тысяч посетителей в год).
Музей принимал посетителей до 1982 года. Новое здание музея построено в 1984 году. В пяти демонстрационных залах с общей площадью 2 050 метров представлено около 9 тыс. экспонатов.
Знакомство с музеем начинается с посещения исторического зала. Здесь представлены материалы, посвященные истории изучения Ильмен и этапам становления заповедника.
В Ильменском зале представлены образцы горных пород и минералов Ильменских гор. Рядом с этим залом – коллекция минералов из аналогичных Ильменам комплексов: Вишневогорского, Ловозерского и Хибинского массивов. В зале систематики представлены 764 минеральных вида и их разновидностей. В зале минералогии месторождений - около 700 образцов из разных типов месторождений.
Основную часть биологического зала занимает большая диорама длиной 33 метра, в которой можно увидеть типичные виды животного и растительного мира заповедника в разное время года.
В музее имеются хранилище для размещения фондов и научно-исследовательские лаборатории. Фонды музея насчитывают более 30 тыс. единиц хранения. Обработкой коллекций и организацией экспозиций занимаются хранители музея. За последние два года музею передано 336 образцов, причем не только уральского региона. Два образца благородного опала – подарок из Австралии.
В здании музея представлена только часть экспозиции. Вся территория Ильменского заповедника является уникальным «музеем в природе». «Минеральный рай» Ильмен представлен копями, которые начали закладывать еще в 19 веке. На территории заповедника их около 400. В Ильменском заповеднике создана концепция «глобального» музея: вся территория заповедника, на которой расположено более 400 копей, является уникальным «музеем в природе», где организованы три экскурсии. Образцы из «музея в природе» и аналогичных месторождений представлены в экспозициях самого музея. Познакомиться с копями и минералами можно также благодаря созданной автоматизированной информационной систему (АИС) «Ильмены», к ее информационным ресурсам возможен доступ через INTERNET. База данных по копям и минералам включает в себя текстовой и иллюстративный материал, кроме того, начата работа по созданию виртуальных экскурсий по копям. Пользователям INTERNET доступны также созданные сотрудниками заповедника в 2001 - 2004 гг. базы данных «Летописи природы», где представлены сведения о природе заповедника более чем за 60 лет.
Ежегодно музей принимает около шестидесяти тысяч посетителей, большая часть которых знакомится с музеем благодаря группе экскурсоводов. В 2004 г. музей посетили жители более 40 городов Российской федерации и представители 39 стран мира.






