Inaugurato nel 1976 nelle sale di Palazzo Obizzi, raccoglie oggetti scientifici provenienti dal Museo Civico Magnani, istituito alla fine dell'Ottocento per riunire le opere d'arte degli istituti religiosi soppressi, e dalle collezioni zoologiche della vecchia Scuola Agraria di Pescia. Il Museo, che nel 1989 è stato trasferito nella più ampia sede attuale, si è arricchito nel tempo grazie ad acquisizioni provenienti da ricerche storico-naturalistiche sul territorio e a donazioni di privati.

I reperti sono ordinati in varie sezioni disciplinari. La sezione zoologica comprende preparati naturalistici tassidermizzati, consistenti per la maggior parte in uccelli di provenienza locale, raccolti dalla fine dell'Ottocento a oggi (da segnalare la presenza di alcuni esemplari esotici). Particolarmente interessante risulta la donazione ottocentesca di materiali naturalistici raccolti da Robert Lawley. La collezione paleontologica, che presenta reperti fossili di vertebrati, invertebrati e piante, locali e nazionali, viene continuamente incrementata con reperti raccolti in collaborazione con le Università di Firenze, Pisa e Camerino o con associazioni culturali. La raccolta mineralogica include campioni locali, nazionali ed esteri; da menzionare la Raccolta Cecchelli di minerali italiani, risalente ai primi del Novecento, e l'ottocentesca Raccolta Gambarini di rocce prelevate lungo il cantiere della Ferrovia Montecatini-Monsummano-Lucca-Pescia.

Il Museo propone varie attività didattiche, organizzando cicli di incontri nelle scuole sulla preistoria umana e sulla paleontologia. Dispone inoltre di un'aula attrezzata per non-vedenti.