博物馆位于西安市南大门，长安南路电视塔周围的舟形环岛上，北望钟鼓楼，南眺终南山。主要面向社会普及科学自然知识，丰富市民文化娱乐生活。占地面积110亩，总建筑面积16000平方米，包括自然馆和科技馆两个独立建筑，科技馆中设有西北第一家穹幕影院。博物馆拟设生命科学、地质、古生物、生态和科技五大主题，生命科学将是陕西自然博物馆的主要特色，而生态则是陕西的优势所在。博物馆以建成“国内一流，国际接轨”的博物馆为目标，建成后的博物馆将成为大自然博览中心、科技文化载体和孵化平台、环保宣传基地，科学研究和科普教育中心。 2018年9月，经国家文物局备案，中国博物馆协会决定同意陕西自然博物馆为国家二级博物馆。