Il palazzo detto del "Fontego dei Turchi", sede del Museo, fu eretto nella prima metà del XIII secolo dalla famiglia Pesaro. Nel 1381 venne donato a Nicolò d'Este, marchese di Ferrara, e dopo numerosi passaggi di proprietà fu assegnato ai Turchi, cui rimase in uso (come sede commerciale) sino al 1838. Il palazzo venne integralmente restaurato a partire dal 1865, divenendo sede prima del Museo Correr, poi del Museo di Storia Naturale.

Dal 10 marzo 2010 il Museo ha riaperto al pubblico con una sede rinnovata e accogliente per l'educazione scientifica e naturalistica delle nuove generazioni. E' un allestimento nuovo e suggestivo, lungo undici sale al primo piano del Fondaco dei Turchi. Nuove aree di accoglienza al piano terra, con un giardino recuperato per il museo e per la città. Un approccio museologico e un impianto museografico moderni e originali e altri programmi di ampliamento. Dopo i lavori di restauro globale che hanno interessato l'edificio negli ultimi anni, consentendone il risanamento e l'adeguamento impiantistico, e dopo il completamento del restauro delle collezioni, si è conclusa una fase importante del nuovo riallestimento. Riapre al pubblico, in uno dei palazzi più noti della città, un museo radicalmente rinnovato, che da un lato recupera e riqualifica la tradizione scientifica e didattica, dall'altro sperimenta e propone, sul piano dei contenuti e dell'allestimento, strumenti e metodi nuovi, frutto del lavoro di un gruppo affiatato che comprende, a fianco dei responsabili scientifici del museo, architetti e professionisti della comunicazione.

Per il riallestimento sono state concepite e sviluppate- grazie alla vastità e all'ampiezza delle collezioni - tre diverse aree tematiche.

1. Sulle tracce della vita ovvero la paleontologia
Qui Il grande dinosauro e la spedizione sahariana di Giancarlo Ligabue aprono la sezione che prosegue, con originali soluzioni allestitive, in una serie di sale in cui si ripercorre, sotto la guida del fossili, la successione cronologica delle varie forme di vita sulla Terra.

2. Raccogliere per stupire, raccogliere per studiare ovvero l'evoluzione del collezionismo naturalistico
Nella novità e nella singolarità della proposta museologica (l'evoluzione del concetto di collezionismo naturalistico) qui si recuperano e valorizzano alcune unità espositive originarie del museo, dedicate a esploratori e collezionisti veneti del XIX secolo, Giovanni Miani e Giuseppe De Reali, vi si affianca una sala dedicata a un collezionista di oggi - Giancarlo Ligabue- e si introduce infine la formazione e lo sviluppo della museologia naturalistica. Questa sottosezione spazia dalla wunderkammer cinquecentesca -suggestivamente evocata nella torresella ovest con una stupefacente serie di "Mirabilia", "Naturalia", e "Artificialia" appartenenti alle collezioni - alla catalogazione e conservazione scientifica tipiche dei musei ottocenteschi, esemplificate nell'ampia sala sul Canal grande, in tutta la sua altezza, con la ricostruzione di armadiature, vetrine, depositi... con sorprendenti risultati

3. Le strategie della vita ovvero forma e funzione negli esseri viventi
Dalla torresella est inizia questa innovativa sezione dedicata alle Strategie della vita- un unicum nel panorama museale italiano- che offre stimolanti chiavi di lettura della complessità della natura e delle forme viventi, analizzata attraverso le strategie di sopravvivenza elaborate dalle varie specie. Una "wunderkammer virtuale" in cui il continuo ricorso a esempi di animali e organismi marini o terresti, dalle dimensioni più diverse, vissuti in epoche passate o attualmente viventi, negli habitat più dissimili, guida un percorso esperienziale e deduttivo, finalizzato a comprendere in modo immediato concetti scientificamente complessi, come quello della "convergenza adattativa". Si presenta così, con un divertente gioco, questa sezione che sarà oggetto di ulteriori sorprese e approfondimenti che prenderanno il via nei prossimi mesi.

A partire dal 29 gennaio 2011, inaugura ufficialmente la "Galleria dei Cetacei" del Museo di Storia Naturale di Venezia.
Il nuovo spazio si aggiunge al percorso di visita del rinnovato Museo al Fontego dei Turchi, che, dopo l'apertura parziale del marzo scorso, si sta "preparando" alla sua totale riapertura, prevista in primavera. Situata al piano terra, nell'ala ovest del porticato, la Galleria dei Cetacei presenta un grande scheletro di Balenottera comune, lungo quasi 20 metri, sospeso al soffitto - oltre a quello di capodoglio già visibile all'ingresso - al fianco del quale è stato collocato un pannello espositivo con informazioni e curiosità riguardanti caratteristiche, abitudini di vita, ecologia e tutela di questi enormi cetacei.

A partire dal 28 maggio 2011, con l'apertura di sei nuove sale espositive al secondo piano del museo - che vanno a completare la sezione dedicata alle "STRATEGIE DELLA VITA" - terminano i lavori di riallestimento e restauro al Museo di Storia Naturale di Venezia, restituendolo alla città nella sua interezza.