日本最大的自然科學博物館。位於東京上野公園。原屬1872年在東京湯島聖堂創立的文部省博物館。1877年移至上野公園，改稱教育博物館，1949年改稱現名。占地1.32萬平方米。該館現有5個陳列樓。1、4號樓設生物的進化、哺乳類的進化、日本的動植物、礦物地質和人類等專題展出。珍貴展品有約7000萬年前的肉食恐龍之王──太暴龍、曾經參加南極探險的庫頁島犬──“次郎”以及義犬“八公”的剝制標本。其他3個陳列樓介紹科學技術發展史，展品有從古至今的各種計量工具和勞動工工具。有能源、土木建築、金屬冶煉和加工、輕工業、電子技術、地震測量、飛機以及宇航等方面的傑出成果。其中田中久重制的“萬年時鐘”、江戶時代的換算天平稱以及觀察南極氣象用的火箭和人造衛星尤為珍貴。室外還展出座頭鯨、D51型蒸汽機車、零式戰鬥機、火箭和直升飛機等模型。
此外，該館在東京新宿有自然歷史研究所，分設動物、植物、地質和人類等研究部門；在東京港區有附屬自然教育園；在茨城縣有築波實驗植物園。
該館的科學研究和教育活動十分活躍，每年定期出版8種期刊，主要有《國立科學博物館研究報告》和《國立科學博物館專報》。科學普及教育活動經常而多樣化，設有博物館教室、自然教室、科學教室、兒童中心，舉辦自然歷史講座、科學技術講座、天體觀察及放映科教電影等等。該館的許多展品可以用手觸摸，自己動手做實驗。每年觀眾約100萬人次。