本館置館長1人，綜理館務；副館長二人，襄助館長處理學術業務與行政業務。下設8組4室及地震教育園區，分別掌理有關事項，並得分科辦事：

1. 動物學組：動物學標本與資料之蒐集、製作、研究、實驗及鑑定等事項。
2. 植物學組：植物學標本與資料之蒐集、製作、研究、實驗及鑑定等事項。
3. 地質學組：地質學標本與資料之蒐集、製作、研究、實驗及鑑定等事項。
4. 人類學組：人類學標本與資料之蒐集、製作、研究、實驗及鑑定等事項。
5. 典藏管理組：蒐藏品之入館、收藏、交換、維護等業務之統籌督導及行政管理事項。
6. 科學教育組：自然科學教育之研究、規劃、推廣、輔導與有關出版品之編纂、印製及發行等事項。
7. 展示組：自然科學展示主題及劇場節目之規劃、設計、製作、儀器操作、保養、維修及展示品管理等事項。
8. 資訊組：自然科學各項蒐藏、研究、教育、圖書、營運等資料之分析及處理等事項。
9. 秘書室：營運企劃、公共服務、庶務、出納、營繕、機電、法制、研考、文書、印信、票務、警衛及其他不屬於各組、室事項。
10. 人事室：依法辦理組織編制、任免遷調、考核獎懲、待遇、退休撫恤、保險等人事管理事項。
11. 會計室：依法辦理歲計、會計事項，並兼辦統計事項。
12. 政風室：依法辦理政風事項。
13. 地震教育園區：保存921地震原址，紀錄地震史實，提供地震教育活教材。