Естественно-научный музей – является гордость Ильменского заповедника и входит в пятерку крупнейших геолого-минералогических музеев страны. В настоящее время в здании музея размещено семь залов общей площадью 2050 кв. м., где функционируют пять экспозиционных залов - биологический и четыре минералогических. В них выставлено 9 тысяч экспонатов. Всего же в фондах музея около 30 тысяч единиц хранения.
В витринах исторического зала помещены образцы минералов, впервые обнаруженных в Ильменских горах. Здесь же представлена портретная галерея ученых-первооткрывателей и материалы, посвященные истории изучения Ильмени и этапам становления заповедника.
В минералогических залах можно рассмотреть горные породы, минералы гранитных и щелочных пегматитов, систематическая коллекции ильменских минералов и минералов из аналогичных Ильменам комплексов (Вишневогорского, Ловозерского и Хибинского массивов). В зале минералогии месторождений - около 700 образцов из разных типов месторождений: пегматитовые, гидротермальные, выветривания, осадочные и метаморфические, а также минералы техногенеза. В этом же зале располагаются срезы пейзажной уральской яшмы, голубые топазы, фиолетовые аметисты, минералы Изумрудных копей.
В биологическом зале большая часть площади отведена под диораму длиной 33 метра, в которой можно увидеть типичные виды животного и растительного мира заповедника в разное время года.
