La història del Museu Martorell es remunta al 1878 quan el naturalista Francesc Martorell i Peña va llegar les seves col·leccions de ciències naturals i d’arqueologia a la ciutat a més d’ una dotació econòmica per la construcció d’un museu que ho allotgés tot. L’arquitecte Antoni Rovira i Trias va dissenyar aquest edifici d’estil neoclàssic que va inaugurar-se el 1882. Amb el pas dels anys el museu va quedar petit per encabir unes col·leccions que no paraven de créixer fins que al 1924 el Museu Martorell es va especialitzar en geologia i les col·leccions zoològiques es van traslladar al veí Castell dels Tres Dragons i les col·leccions botàniques a Montjuïc. El Museu de Geologia va tancar les portes a la visita pública el 2010.
L’origen del Museu de Ciències Naturals de Barcelona està estretament lligat al parc de la Ciutadella. Per al disseny del parc, l’arquitecte Fontserè es va inspirar en la disposició urbana del Jardin des Plantes de París que preveia albergar un conjunt d’instal·lacions destinats a serveis culturals de caràcter científic, propis d’una capital moderna. Un dels primers edificis en aixecar-se va ser el Museu Martorell que va obrir les portes el 1882. Simultàniament es van edificar l’Hivernacle, l’Umbracle, el parc Zoològic i altres instal·lacions de vessant científica.