Quatre des cinq musées de La Chaux-de-Fonds ont pour origine commune un petit musée polyvalent et scolaire du à l’initiative du pharmacien, botaniste, géologue et historien Célestin Nicolet (1803-1871). Dans les années 1840, cet homme aux idées larges, précurseur en bien des domaines, préconise la modernisation de l’enseignement, dans lequel il est fortement impliqué par son engagement politique de citoyen. Il suggère que des objets puissent être montrés aux élèves ou que des illustrations complètent les leçons traditionnelles, ce qui impliquait la naissance de collections de monnaies, médailles et gravures, de peintures, d’objets historiques, de spécimens de sciences naturelles, etc. C’est au vieux collège que naîtra ainsi le premier musée chaux-de-fonnier. Un des premiers objets naturels dont nous connaissons la date d’entrée au musée est notre célèbre Loup de Pouillerel, le dernier loup neuchâtelois abattu le 10 janvier 1845.
L'intérêt des gens de la région pour les sciences naturelles et la culture favorisa le développement de ce musée qui s'enrichit d'année en année. Un premier déménagement eut bientôt lieu (1870) dans un bâtiment tout proche, le long de la même rue du Collège. Aux alentours de 1880, il fallut dissocier les différents secteurs, dont naîtront des musées spécialisés, indépendants les uns des autres.
Le petit musée d'histoire naturelle, toujours rattaché à l'école, fut transféré dans trois salles du Collège industriel (le bâtiment de l’actuelle bibliothèque de la ville) et fut placé sous le contrôle d'un enseignant d'envergure, le " père Stébler ", professeur de sciences à l'Ecole industrielle, qui devint le Gymnase en 1900. Sous sa houlette de cet humaniste, bibliophile, bienfaiteur de sa ville et naturaliste de talent, le musée connut un essor remarquable. Sa générosité permit notamment d’acheter la collection d’œufs de Louis Nicoud, comprenant 8003 spécimens de 485 espèces, pour le prix de CHF 5000.- (soit trois salaires annuels d’un instituteur de l’époque !). C’est aussi à Stébler et à son ancien élève Fritz-Edouard Kocher, alors établi au Congo belge, que nous devons, en 1912, l’entrée au musée d’un Okapi, animal qui avait été découvert en 1901 seulement.
Au décès d’Edouard Stébler (1844-1914), la succession s’avère difficile et il faut attendre plusieurs années pour trouver une solution satisfaisante. Son collègue Edouard Stauffer assume l'intérim sans prétendre vouloir reprendre le poste à titre définitif. En 1919, Albert Monard, qui vient de terminer sa thèse de doctorat en sciences, est nommé professeur au Gymnase; sa notoriété naissante et ses qualités de chercheur le désignent tout naturellement pour succéder à Stébler dont il avait du reste été l'élève. Monard saura justifier pleinement la confiance mise en lui et donnera à l’institution un développement et une renommée qui n’est pas démentie à l’heure actuelle. Ses expéditions africaines en Angola (1928-29 et 1932-33), en Guinée Bissau (alors Guinée portugaise, 1937-38) et au Cameroun (1946-47) enrichissent de manière considérable les collections du musée, qui devient alors un point de passage obligé pour la faune de ces régions.
L'année 1930 marque un tournant de la vie du musée d’histoire naturelle : il cesse d'être hébergé par l’école, bien qu’il dépende encore pour un temps de la Commission d'école : les derniers liens administratifs (gestion financière notamment) entre musée et école ne seront d’ailleurs coupés qu’à la fin des années 1980. Le musée devient une institution publique à la disposition des adultes et des enfants comme des élèves et s’installe à l’Hôtel des Postes, au 1er étage, dans la partie est. Pendant plus de vingt ans, Monard continue à consacrer une partie de son temps à des aménagements, à des installations destinées à mettre les collections mieux en valeur. Il peut compter sur un appui de taille : au même étage de la Poste se trouve l'atelier du peintre Charles L'Eplattenier, autre figure marquante de la vie culturelle à La Chaux-de-Fonds.
À la retraite d'Albert Monard (1886-1952), qui précède de quelques mois son décès, c’est le géologue et enseignant Philippe Bourquin qui est nommé Il n’entrera pourtant jamais en fonction du fait de son décès deux mois après. Willy Lanz, alors président de la commission du musée, liquide les affaires courantes et assure le minimum d’entretien des collections.
En octobre 1953, Villy Aellen, ancien compagnon de voyage du Dr Monard lors de l’expédition au Cameroun (1946-1947), nommé conservateur quelques mois auparavant, entre en fonctions. Quelques mois plus tard, il est appelé au Muséum de Genève dont il deviendra le directeur en 1969. Il s'est distingué, entre autres, par son importante contribution à la connaissance des chauves-souris et de la faune cavernicole. La commission du Musée confie alors à Willy Lanz, professeur au gymnase, la direction scientifique et administrative du musée, avec la possibilité d’engager du personnel surnuméraire pour le seconder. Artisan de la rénovation du musée et de son déplacement de l’aile est à l’aile ouest (1958-1964), Willy Lanz en fait un outil moderne et envié. Des expositions temporaires voient le jour et donnent une nouvelle impulsion à l’institution. En 1974, une nouvelle salle est inaugurée dans les combles, portant à quelque 1200 m2 la surface d’exposition.
En 1989, à la retraite du susnommé, la direction du musée est confiée à Marcel S. Jacquat, professeur de sciences naturelles à l’Ecole secondaire et collaborateur occasionnel du musée depuis plusieurs années. C’est alors l’occasion d’un nouveau développement et d’un renforcement du personnel de l’institution par l’engagement d’une secrétaire à temps partiel et d’un collaborateur scientifique à temps partiel, poste assumé par Jean-Daniel Blant, biologiste, coordinateur régional pour le Centre de coordination ouest pour l’étude et la protection des chauves-souris. La politique d’expositions temporaires se renforce; un logo du musée, à l’enseigne de la Girafe, apparaît alors, doublé de la création des Éditions de la Girafe, la maison d’édition du musée !
En été 2007, c'est Arnaud Maeder, Dr ès sciences, qui succède à Marcel S. Jacquat, désormais retraité. Il poursuit la politique d’expositions temporaires initiée par ses prédécesseurs, en cherchant à l’étendre aux deux autres institutions zoologiques chaux-de-fonnières, le Vivarium et le Parc zoologique du Bois du Petit-Château, dont il assume aussi la direction. Cette politique s’inscrit dans la perspective d’une prochaine réunion de ces institutions zoologiques sur le site du Bois du Petit-Château (projet Naturama), qui permettra d’intéressantes synergies et de nouveaux développements et renforcera encore leur attractivité.
