Естественно-научный музей Ильменского заповедника входит в пятерку старейших геолого-минералогических музеев России и имеет в экспозиции одну из самых крупных биологических диорам страны.

Первые коллекции минералов и горных пород заповедника начали создаваться в 1925 году. В 1930 году было построено первое деревянное здание музея, в котором и разместились первые экспозиции. К 1940 г. в музее насчитывалось уже около 4,5 тыс. экспонатов (включая также и биологические). К несчастью, пожар 1 февраля 1941 г. уничтожил здание музея вместе с коллекциями. Постепенно оно было вновь отстроено и открыто для посетителей в 1944 г.

Современный этап в жизни музея начался в 1984 г. с его переездом в новое, специально построенное трехэтажное здание, где находится шесть залов общей площадью 2050 кв. м.

– Ильменский зал – представляет минералогию пегматитов, коллекцию минералов и горных пород заповедника. Содержит около 1,5 тыс. образцов. Украшает зал геологическая карта А. Н. Заварицкого из цветных камней.

– Зал Минералогии месторождений – содержит 700 образцов из разных типов месторождений нашей страны и из-за рубежа.

– Зал Систематической коллекции минералов, в нем выставлено 1750 образцов, которые представляют 740 минеральных видов, расположенных в витринах согласно существующей кристаллохимической классификации.

– Биологический зал им. С. Л. Ушкова – демонстрирует разнообразие растительного и животного мира Ильменского заповедника. В центральной части зала – большая диорама «Времена года» длиной 33 м, осматривая которую посетители как бы пересекают Ильменский хребет с запада на восток, попадая в различные сезоны года. В малых диорамах и витринах показано разнообразие флоры и фауны природных зон Челябинской области.

– Зал Истории изучения Ильмен XVIII-XIX веков – в экспозиции показана история геолого-минералогического изучения района, начиная со второй половины XVIII века, а также этапы становления заповедника.

– Выставочный зал.

Фонд музея насчитывает около 30 тыс. единиц хранения, выставляется 9 тыс. экспонатов. Музей является крупным региональным центром просвещения в области естественных наук, ежегодно принимая 60 тыс. посетителей.