位于马场道，前身是建于1914年的北疆博物馆，由法国神甫桑志华创办。馆内主要收藏中国生物、地质古化等标本，有藏品38万余件。最珍贵的藏品中有中国新生代晚期的化石生物群标本，包括陕西榆社盆地哺乳动物群化石群等。1997年天津市政府投资1亿元，翻建了占地面积2万平方米的新馆，其中包括序厅、古爬行动物厅、古哺乳动物厅、动物生态厅、电教厅、水生生物厅、两栖爬行厅、海洋贝类厅、世界昆虫厅和亚热带植物厅等10个展厅来丰富馆内资源。 天津自然博物馆以其丰富的馆藏在国内自然博物馆中占有一席之地。