Современное здание музея было открыто в 1994 году. Сюда переехала музейная экспозиция из старого помещения в Мерзляковском переулке. Именно здесь музей возник в 1907 году из частной коллекции биолога и преподавателя Александра Фёдоровича Котса. Сюда, в здание Высших женских курсов, он перенёс своё собрание в зоологическую лабораторию курсов и зарегистрировал коллекцию под названием «Музей эволюционной теории Московских высших женских курсов».
Национализация музея после революции была воспринята Александром Котсом с энтузиазмом, так как позволила уберечь к тому времени серьёзно увеличившуюся экспозицию от продажи частным лицам. Котс оставался директором музея до самой смерти в 1964 году. Многие его идеи об организации музейного пространства сотрудники воплотили в новом здании, где первая постоянная экспозиция открылась в 1995 году. В 2007 году было открыто рядом стоящее здание для временных выставок и фондохранилища.
В 1997 году Дарвиновский музей получил статус Методического центра естественнонаучных музеев, что позволило ему стать центром проведения программ для молодёжи и людей с ограниченными возможностями. С 1997 года музей является главным в Ассоциации естественнонаучных музеев России. В 2007 году Дарвиновский музей выиграл гран-при на выставке «Интермузей» и был назван лучшим музеем года. В 2016 музей получил гран-при фестиваля во второй раз.
Сейчас Дарвиновский музей полноценно работает по всем направлениям деятельности: проводит более 60 выставок в год, создаёт новые интерактивные комплексы и экспозиции, занимается культурно-образовательной и научно-исследовательской работой, много внимания уделяет экологическому просвещению граждан, активно пополняет и изучает фонды. Музей по праву занимает достойное место среди российских и зарубежных музеев, ежегодно принимая более 600 000 посетителей.
В основном здании экспозиция размещена на трёх этажах. В цоколе есть большая схема экспозиции. На всех этажах есть указатели: где вы находитесь.
Если у посетителей мало времени, в кассе музея есть доступный по цене путеводитель «Не пропусти эти экспонаты».
Для посетителей с маленьким ребёнком можно приобрести «Мини-путеводитель по музею для родителей с детьми от 0 до 6 лет».
В выставочном корпусе, соединённом с основным подземной галереей, 7 этажей, летом из оранжереи можно выйти на крышу. На каждом этаже расположена новая тематическая выставка.
Интерактивная экспозиция «Пройди путем эволюции» предлагает совершить путешествие в прошлое, пройдя по лабиринту времени путь от зарождения первых живых организмов до становления человеческого рода. Эффект погружения в среду достигается за счет использования современных мультимедийных технологий.
В центральном зале музея по сеансам демонстрируются световидеомузыкальная программа «Живая планета». Все программы и экскурсии очень динамичны и зрелищны. В музее действуют информационный центр "ЭкоМосква", Центр инновационного молодёжного творчества и образовательный интерактивный центр "Познай себя - познай мир".
Также в музее можно посетить центр «Познай себя – познай мир», в котором более 50 интерактивных экспонатов помогают как взрослому, так и ребёнку открыть для себя мир живой природы и человека, в котором мы так долго живем, но о котором, оказывается, так мало знаем.
