Ocupa una part de l’Edifici Fòrum, construït per al Fòrum Universal de les Cultures del 2004. El projecte d’adaptació de l’edifici a les funcions del museu és obra de l’equip d’arquitectes Herzog & de Meuron, autors de l’edifici original.
El museu ocupa 9.000 m2 distribuïts en dues plantes que s’estructuren al voltant d’un gran vestíbul de lliure accés, punt de partida i d’arribada a tots els programes i serveis del Museu: l’exposició permanent "Planeta Vida", dedicada a la història de la Terra i a la diversitat dels éssers vius, a més d’exposicions temporals, activitats educatives i espais de divulgació científica.
El museu incorpora, especialment, les noves tècniques d’exposició amb el suport de les tecnologies audiovisuals més recents. Gran part del material exposat en la mostra inicial procedia de les col·leccions del Museu de Zoologia i el Museu de Geologia.
Des del 2017, l’equipament adoptà públicament la denominació Museu de Ciències Naturals de Barcelona, tot i que el nom de Museu Blau ha continuat utilitzant-se per identificar aquesta seu i distingir-la dels altres equipaments de la institució.