Il Museo di Storia Naturale dell'Accademia delle Scienze di Siena detta de' Fisiocritici prese origine con la fondazione dell'Accademia (1691).
I reperti si accrebbero con le raccolte di Giuseppe Baldassarri (1705-1785), medico e professore di Storia Naturale nell'Ateneo senese, nonché Soprintendente alla raccolta di Storia Naturale dell'Accademia e Presidente della medesima fino alla morte.
A queste si aggiunsero le collezioni di Biagio Bartalini (1750-1822) che gli successe nella cattedra e nella cura del Museo.
Il Museo prese consistenza nella seconda metà del XVIII secolo, arricchendosi nel tempo attraverso donazioni; raccoglie collezioni provenienti in gran parte dalla Toscana meridionale.
Intorno al 1970 il Museo è stato risistemato conservando l'esposizione ottocentesca; sono costantemente apportati miglioramenti per una maggiore fruibilità didattica.
Dal 1996 fa parte del Sistema dei Musei Senesi, oggi Fondazione Musei Senesi.