เดิมสวนสัตว์ดุสิตมีอาคารสัตว์สตั๊ฟ ติดกับกองอำนวยการกลางรักษาความปลอดภัยแห่งชาติ ของกองบัญชาการทหารสูงสุด เพื่อเป็นสถานที่รวบรวมสัตว์สตั๊ฟต่างๆ เพื่อจัดแสดงให้ประชาชนชม ต่อมาเมื่อ พ.ศ. 2520 ทางกองบัญชาการทหารสูงสุดเห็นว่า อาคารดังกล่าวตั้งอยู่ใกล้กับอาคารราชการ ทำให้ยุ่งยากและอาจเกิดความไม่ปลอดภัย จึงติดต่อกับรัฐบาลให้ขอตึกอาคารสตั๊ฟสัตว์ดังกล่าวไปใช้ทางราชการ โดยตั้งงบประมาณให้ 10 ล้านบาท เพื่อให้สวนสัตว์ดุสิตก่อสร้างอาคารใหม่ และต่อมารัฐก็ได้จัดสรรงบประมาณปี 2526 องค์การสวนสัตว์เห็นว่า หากจะทำเป็นพิพิธภัณฑ์ธรรมชาติวิทยา เพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุด จึงขอความร่วมมือกับสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย องค์การสวนสัตว์ ได้ดำเนินการก่อสร้างแล้วเสร็จเมื่อ พ.ศ. 2528 และได้เปิดบริการให้แก่ประชาชนตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา