Jeszcze zanim w Bytomiu powstało muzeum, przyrodnicy amatorzy już od połowy XIX wieku zakładali pierwsze stowarzyszenia przyrodnicze. W 1902 roku powstał Związek Entomologów Górnego Śląska (Entomologischer Verein Oberschlesien), dwa lata później Związek Ornitologiczny (Ornithologischer Verein), a w 1907 roku akwarystyczny Związek „Najas” (Verein für Aquarien-, Terrarien Kunde und für Naturdenkmalpflege). W 1921 roku część organizacji połączyła się w Związek Stowarzyszeń Przyrodniczych Górnego Śląska (Verband Naturwissenschaftliche Vereine Oberschlesiens) z siedzibą w Bytomiu.

Zbiory rozwijającego się bytomskiego muzeum przechowywane były przy Klosterstrasse (obecnie ulica Szymanowskiego), a następnie w szkole realnej przy obecnym placu Sikorskiego. W 1930 roku zakończyła się budowa gmachu przy Moltkeplatz (obecnie plac Jana III Sobieskiego) i tam zainicjowana została działalność Działu Przyrody, który wkrótce pozyskał bogate kolekcje Eberharda Dreschera.

Tymczasem jesienią 1927 roku rozpoczęto tworzenie Oddziału Przyrodniczego Muzeum Śląskiego w Katowicach. Jego zadaniem było gromadzenie i opracowywanie zbiorów botanicznych, zoologicznych, geologicznych i paleontologicznych z obszaru województwa śląskiego oraz prowadzenie działalności wystawienniczo-dydaktycznej.

W 1928 roku oddział ten zakupił zbiór ornitologiczny Gedroycia z Myślenic oraz zbiór chrząszczy Mączyńskiego. Rok później założył zielnik flory śląskiej i zaczął opiekować się zabytkami przyrodniczymi. Najszybciej rozrastały się zbiory entomologiczne, głównie motyli, między innymi dzięki kolekcjonerowi Zdzisławowi Stuglikowi.

W 1939 roku, gdy gmach Muzeum Śląskiego w Katowicach był gotowy do użytku, niektóre zbiory przyrodnicze były przenoszone do nowych pomieszczeń. Później, podczas wojny, obiekty zostały złożone w oddziale muzeum w Bytomiu. Po wojnie przeprowadzono rewindykację i inwentaryzację zbiorów – okazało się, że jest 54 320 obiektów. Do Działu Przyrody Muzeum Górnośląskiego trafiły zbiory przyrodnicze z muzeów w Gliwicach, Chorzowie, Cieszynie i Pszczynie.

W latach 50. XX wieku zbiory były pozyskiwane głównie podczas prac terenowych realizowanych przez pracowników działu. Później powiększyły się o znakomite kolekcje, między innymi Paula Hermanna Raebela, Sergiusza von Tolla i Maksymiliana Żaka. Obecnie liczą ponad pół miliona okazów.