Könyvtárunk múzeumi szakkönyvtár. A természettudományokon belül a növénytan, állattan, ásványtan, őslénytan és az embertan szakirodalmát gyűjti. Elsődleges feladata segítséget nyújtani a múzeumi kutatómunkához. A könyvtár története és fejlődése szervesen összefüggött a Magyar Nemzeti Múzeum történetével.
A Természeti és Kézműtani Tár megalakulásakor – 1810-ben – még csak néhány könyv volt a tár gyűjteményében, amelyek Széchényi Ferenc adományából származtak. 1870-ben a tárak önállósulásakor kezdődött meg a tudományos szakkönyvtár létrehozása. Ekkor készültek az első katalógusok, amelyekbe mindössze néhány száz kötetet jegyeztek be. A későbbiekben – az adományok mellett – tervszerű állománygyarapítás is folyt, de ennek jellege gyakran a tárvezető tudományos érdeklődését tükrözte.
A könyvtár története során – az állománynövekedés szempontjából – a legjelentősebb adomány Haynald Lajos érsek botanikai könyv- és folyóirat-hagyatéka volt (1891). További értékes gyarapítás történt 1938-ban, Degen Árpád különlenyomat-kollekciójának és Gotthard Károly herényi földbirtokos klasszikus botanikai könyvgyűjteményének megszerzésével.
A II. világháború érzékeny veszteséget okozott mind a könyv-, mind a folyóirat-állományban. 1945-ben az addig önállóan működő tári könyvtárak – az újonnan alakult Embertani Tár könyvtárával együtt – a központi könyvtár irányítása alá kerültek. A könyvtár ebben az időszakban jelentős állománnyal gyarapodott. A Magyar Adria-Egyesület és a Királyi Magyar Természettudományi Társulat megszüntetett könyvtáraiból származó, több ezer kötetnyi biológiai könyvvel és folyóirattal, valamint az államosított könyvtárakból klasszikus állattani és földrajzi művekkel is bővült a gyűjtemény.
A könyvtár az 1956-os forradalom idején szenvedte el a legnagyobb veszteségeket. A kiégett gyűjtemények kézikönyvtárai részben vagy teljes egészében az Ásvány- és Kőzettár, illetve a Föld- és Őslénytár rendkívül értékes állománnyal rendelkező könyvtárai) elpusztultak. Az Állattár madártani és malakológiai szakkönyvei és az egyedülállóan gazdag különlenyomat-kollekciója is megsemmisült. .
A teljes könyvtári veszteség több mint 70 000 mű volt.
Az állomány gyarapodása az utóbbi évtizedekben lelassult, és tervszerűtlenné vált a korlátozott anyagi lehetőségek miatt. A keletkezett hiányokat csak részben pótolta többek között a botanikus Győrffy István és Papp József, valamint a zoológus Boros István és az orvos Lambrecht Miklós ) könyvgyűjteményeinek megszerzése. A veszteségek és a gyakran szűkös anyagi források ellenére, az elődök pontos és szakszerű munkájának köszönhetően jött létre a jelenleg több mint 300 000 leltári egységet tartalmazó állomány, amely az egyik legnagyobb múzeumi könyvgyűjtemény hazánkban.
A múzeumi könyvtár gyarapításának legjelentősebb forrása – a vásárlás, az ajándékok, valamint a hagyatékok mellett) – a kiadványcsere. A társintézményekkel, a külföldi múzeumokkal és tudományos akadémiákkal, egyesületekkel kialakított szakmai kapcsolatok elmélyítésének egyik fontos állomása saját kiadványaink egymás között történő cseréje.
Herman Ottó 1877-ben indította el az első múzeumi kiadványt, Természetrajzi Füzetek címmel. A kor igényeihez jobban alkalmazkodó Annales Historico-naturales Musei Nationalis Hungarici múzeumi évkönyv váltotta ezt fel 1903-ban, amely 2014-ben már a 105. köteténél tart.
1945 után a múzeumi tárak (osztályok) saját folyóiratokat alapítottak: Anthropologica Hungarica 1956-1992 (Embertani Tár); Folia Entomologica Hungarica (Állattár); Fragmenta Mineralogica et Palaeontologica(Ásványtár, Őslénytár); Miscellanea Zoologica Hungarica 1982-2000 (Állattár); Studia Botanica Hungarica(Növénytár). A folyóiratok mellett több monográfia és tanulmánykötet is megjelent.