Ответственной за музей на первых порах была назначена З. В. Кошелкина. Первым директором музея, который и воплотил в жизнь замыслы Н. А. Шило, стал кандидат геолого-минералогических наук Г. Ф. Павлов. Он сумел обеспечить оформление музейных помещений и способствовал заложению и пополнению музейной коллекции в рамках четырёх крупных отделов: «Стратиграфия», «Магматизм и метаморфизм», «Полезные ископаемые», «Минералогия». Год официального открытия музея был отмечен двумя уникальными находками: Киргиляхского мамонта и метеорита «Алискерово», – положившими начало экспозиции т. н. «мамонтового уголка» и метеоритной коллекции. Музей быстро приобрел большую известность, здесь ежегодно проводились «Экологические чтения».
После периода накопления музей стал выполнять свои главные функции – хранилища и источника систематизированной регионально-геологической информации.
Конец 70-х – 80-е гг. ХХ в. были периодом интенсивного внутреннего туризма, в стенах музея побывали тысячи человек со всех концов страны. В 1990-е гг. была проведена первая каталогизация музейной коллекции, позднее (в начале 1990-х гг.) в экспозицию были включены материалы нового отдела – археологического, в 2002 г. оформленного в отдельном зале как этнографо-археологическая экспозиция, представляющая коллекции научных сотрудников лаборатории истории и археологии института, собранные и изученные на протяжении нескольких десятков лет. На смену Г. Ф. Павлову с 1991 г. пришёл кандидат геолого-минералогических наук Ю. А. Колясников.
Он считал главной задачей музея пропаганду новых знаний и перестроил коренным образом содержание самих экскурсий. Именно при нём музей стал называться Музеем естественной истории. В этот период коллекции пополнились палласитом «Омолон» и крупным фульгуритом, первые исследования и описания которых были проведены в стенах института. Основная задача музея – пропаганда знаний о геологическом строении, истории развития, полезных ископаемых и археологии Северо-Востока России. Поэтому здесь регулярно проводятся тематические выставки, его сотрудники проводят экскурсии для коллективов предприятий и учреждений, школ и институтов, гостей города. Директор музея В. С. Шаповалов продолжал дело своих предшественников, поддерживал связи с геологическим музеем Комитета природных ресурсов по Магаданской области. Стали предприниматься попытки создания электронного каталога экспозиции и фондов музея, формирования базы данных и создания на её основе первых учебных программ по специальным курсам дисциплин для студентов учебных заведений разных уровней, в которых участвовали сотрудники музейной группы и научных подразделений института. В 2006 г. музей возглавила к.г.-м.н. А. А. Пляшкевич. Была проведена работа по сверке и оценке состояния экспозиции музея, подготовлено и принято новое Положение о Музейном Совете и избран новый Совет.
Проведена ревизия и частичная реорганизация экспозиции геологического зала с заменой витрин центральной его части, в минералогическом зале выделен самостоятельный раздел экспозиции «Минералы Северо-Востока Азии».
Сейчас Музей естественной истории Северо-Восточного комплексного НИИ ДВО РАН является научным подразделением института. Общая площадь постоянной экспозиции – около 400 кв. м, в основном экспозиционном фонде находится более 3 500 образцов и артефактов. Это коллекции геолого-минералогического и этнографо-археологического отделов музея, представляющие собой уникальный научный материал, отражающий и сложную геологическую историю развития Северо-Востока, и историю человеческих культур этой территории. Залы музея размещены на первом и третьем этажах административного корпуса СВКНИИ.
Сотрудники музея проводят постоянную экскурсионную работу, основные посетители музея – учащиеся образовательных учреждений и гости города. В первом зале представлены метаморфические, осадочные образования, образцы различных руд золота, серебра, полиметаллов, ртути, олова, сурьмы, угля, нефти, характеризующие месторождения края. В разделе «Метеоритика» экспонируется свыше 20 оригинальных метеоритов, в том числе крупнейший в России – «Билибино», найденный в 1981 г. на Чукотке. В музее также хранится одна из трёх российских коллекций лунного грунта. Гипсовая копия мамонтенка Димы демонстрируется в разделе «Стратиграфия и палеонтология кайнозоя». Во втором зале отражены три раздела: систематическая минералогия золото-серебряных руд Северо-Востока России, археология и этнография северо-восточной Азии.
Здесь можно полюбоваться уникальным полом из декоративного скарна, коллекцией минералов и камнесамоцветного сырья. Экспонаты музея неоднократно демонстрировались за пределами Магаданской области – на ВДНХ СССР, в Доме учёных АН России, на выставке «Геоэкспо-84», XXVII сессии Международного геологического конгресса и др., были отмечены медалями и дипломами. Огромный научный и вещественный вклад в расширение естественно-исторического профиля музея внесли историки и археологи Н. Н. Диков, Т. М. Дикова, А. И. Лебединцев, М. А. Кирьяк и др.
