L'Arboreto nacque nel 1846, per volontà del Granduca di Toscana Leopoldo II, proprietario delle estese foreste casentinesi. Verificata la decadenza del complesso forestale, sia per i continui ronchi praticati dalla popolazione romagnola, sia per la trascurata gestione dei monaci camaldolesi, il Granduca ne affidò il riordino all'ingegnere boemo Karl Siemon [Carlo Siemoni]. Questi, nel 1846, iniziò una raccolta di piante forestali, sia indigene che esotiche, per verificarne la compatibilità con l'ambiente dell'Appennino tosco-romagnolo nella prospettiva di impiegarle per i rimboschimenti e ottenere assortimenti di legname pregiato. Oggi l'Arboreto comprende 137 elementi, fra specie e varietà, appartenenti a 42 famiglie. Ogni entità, rappresentata spesso da più esemplari, è contraddistinta da un cartellino descrittivo nel quale sono riportati la famiglia, il nome scientifico, il nome volgare e l'area di diffusione.

All'Arboreto è affiancato il Museo, intitolato allo stesso Siemoni e realizzato nel 1985. Espone soprattutto le principali specie forestali spontanee e quelle introdotte in Italia: esemplari secchi incorniciati, sezioni di tronchi di alberi, legni intaccati da insetti, campioni di legni di specie forestali. La raccolta comprende, inoltre, animali impagliati della foresta, rocce tipiche della riserva naturale integrale di Sasso Fratino e plastici.

Trasferito nella sede attuale nel 1992, il Museo è stato creato per soddisfare la crescente richiesta di informazioni sull'ambiente forestale dell'Appennino tosco-romagnolo ed è gestito, come l'Arboreto, dal Corpo Forestale dello Stato.