河南省地质博物馆于2001年正式成立，是河南省自然资源厅所属公益性事业单位。

河南省地质博物馆的创立与发展是与新中国河南省地质事业的开端与发展同步的。1956年，河南省地质局筹建处成立，河南省地质博物馆同时开始筹建。1960年，在郑州市金水路80号（原20号）建成地质博物馆楼1栋，建筑面积1400平方米，同年5月全国博物馆会议将河南省地质博物馆列为全国七大省级地质博物馆之一；到1966年，河南省地质博物馆已有9个陈列室，馆藏各类标本3.4万多件。文化大革命期间闭馆。1983年重新筹建地质陈列馆，迁郑州市互助路25号。1984年重新开馆，设置金属矿产、能源矿产、非金属、岩矿、古生物、宝玉石等6个展室，仅余标本1600余件。1985年9月，恢复“河南省地质博物馆”名称。1991年，河南省编制委员会批准成立河南省地质矿产技术经济研究室，为河南省地质矿产局直属事业单位，并将地质博物馆、地质资料馆、地质图书馆划归其管理。

2001年5月，河南省机构编制委员会豫编[2001]19号文件批准，撤销地矿局省地矿技术经济研究室，将其所属的图书馆、资料馆、地质博物馆分离出来，组建河南省地质博物馆，作为河南省国土资源厅管理的直属正处级事业单位。2002年，河南省地质博物馆新馆（即现在院区）筹建，2005年基建完成，2006年启动布展工程，2008年4月1月试开放，4月26日正式对社会免费开放。

2012年，国土资源厅对厅属单位重新进行职能调整，豫编办[2012]316号文件明确博物馆主要职能为：承担地质博物收藏与展示工作，负责土地、地质资料、档案管理工作，开展全省古生物化石（古猿、古人类化石及与人类活动有关的第四纪古脊椎动物化石除外）的调查评价、发掘研究工作。

2017年，国土资源厅成立河南省国土资源宣教中心，豫编办[2017]140号文明确，河南省地质博物馆挂河南省国土资源宣教中心牌子，新增职能为：承担全省国土资源宣传和干部职工教育培训任务。2018年11月29日，主管部门河南省国土资源厅机构改革后更名为河南省自然资源厅。

2021年，根据《中共河南省委机构编制委员会办公室关于调整省自然资源厅部分所属事业单位机构编制事项的通知》（豫编办〔2021〕13号），河南省地质博物馆（河南省国土资源宣教中心）更名为河南自然博物馆（河南省自然资源宣教中心）。

2022年4月28日，河南省自然资源厅所属事业单位改革，省编办下发文件，取消省自然资源宣教中心职能，河南自然博物馆（河南省自然资源宣教中心）更名为河南自然博物馆。