Палеонтологический музей им. Ю.А.Орлова является неотъемлемой частью Палеонтологического института РАН. Он по праву считается одним из крупнейших естественноисторических музеев мира. Экспозиция Музея посвящена эволюции органического мира Земли.

История Института и Музея восходит к основанной в 1714 г. Петром I Кунсткамере, в которую поступали интересовавшие царя кости и зубы млекопитающих ледникового периода, а также другие диковинные находки. Позже собранные коллекции хранились в Минеральном кабинете Академии наук, впоследствии ставшим Минералогическим музеем. К 200-летнему юбилею Российской Академии наук в 1925 г. он был разделен на два самостоятельных музея – Геологический и, собственно, Минералогический. В Геологическом музее, руководимом А.А.Борисяком, сосредоточилась ценнейшая коллекция палеонтологического материала. Ее основу составляли Остеологический отдел и Северо-Двинская галерея, в которой были представлены скелеты пермских позвоночных, добытые профессором В.П.Амалицким в результате многолетних раскопок начала ХХ века.

Ко времени основания Институт обладал уникальными музейными фондами. Экспозиция располагалась в двух залах общей площадью 1500 кв. м и была открыта для свободного посещения. Планировалось ее дальнейшее расширение за счет сборов нескольких крупных палеонтологических экспедиций. Уже в 1931 г. А.П.Гартман- Вейнберг подготовила общий план Музея, который до конца не был реализован в связи с переездом Института из Ленинграда в Москву. В это время возникло много острых вопросов, связанных с будущим Музея. С одной стороны, необходимо было срочно найти в Москве пригодное для него помещение, с другой стороны, приходилось думать о создании новой экспозиции, отвечающей современным требованиям науки и музейного дела.

В 1937 г. к XVII сессии Международного Геологического конгресса Палеонтологический музей был открыт. Он располагался на Большой

 Калужской улице (позднее переименованной в Ленинский проспект), в доме 16, в помещении манежа графа Орлова. Экспозиционная площадь первоначально составляла всего 700 кв. м. Тем не менее, свое место в Музее нашли многие замечательные палеонтологические объекты – сборы разных поколений отечественных палеонтологов, проводившиеся как на территории России, так и за ее пределами.

В годы Великой Отечественной войны Музей был закрыт, а значительная часть его коллекций отправлена в Алма-Ату. Сразу после возвращения из эвакуации, сотрудники приступили к восстановлению экспозиции. В 1944 г. Музей вновь распахнул свои двери для широкой публики. Тогда же Институт возглавил Ю.А.Орлов. Благодаря проведению успешных полевых работ и раскопок палеонтологические коллекции беспрестанно пополнялись. Для новых интересных находок все сложнее было найти место в экспозиции, а тесное помещение стало практически непригодным для музейной работы. В 1954 г. Музей пришлось закрыть к большому огорчению для его сотрудников и посетителей.

Академик Ю.А.Орлов был убежден, что Музею нужен свой просторный дом, где его уникальные собрания будут представлены в полной мере и станут доступны для изучения широкому кругу образованных людей, в первую очередь, школьникам и студентам. В 1965 г., преодолев череду многолетних хлопот, он добился решения правительства СССР о создании нового Палеонтологического музея и выделения двух миллионов рублей на решение этой задачи.

В 1966 г., после скоропостижной кончины Ю.А.Орлова, Музею было присвоено его имя.

Проект здания разрабатывался специально для Музея в ГИПРОНИИ АН СССР авторским коллективом под руководством Ю.П.Платонова. Он был утвержден в 1968 г. и впоследствии удостоен Государственной премии СССР. Однако строительство началось лишь с 1972 г. Над созданием нового Палеонтологического музея почти два десятилетия трудились ведущие научные сотрудники Палеонтологического института и творческая группа, в которую входили архитекторы, инженеры-конструкторы, дизайнеры и лучшие художники-анималисты Москвы. Благодаря их совместным усилиям был создан уникальный музейный ансамбль, не имеющий аналогов в мировой практике. Краснокирпичное здание Музея по своей архитектуре напоминает старинную крепость с центральным внутренним двориком, вокруг которого располагаются четыре экспозиционных зоны с четырьмя примыкающими к ним башнями.

Многолетние экспедиционные исследования, проводившиеся сотрудниками Института на территории бывшего СССР, Китая, Монголии и других стран позволили собрать богатейшие коллекции палеонтологического материала, часть которого демонстрируется в экспозиции Музея. Четыре экспозиционные зоны Музея, включающие в себя шесть залов, последовательно вводят в таинственный мир древних животных и растений, начиная с самых древних и кончая практически современными. В каждом зале перед посетителями предстают не только характерные для определенного геологического времени группы организмов, но и наиболее интересные фаунистические комплексы.

Новый Палеонтологический музей расположен в живописном уголке юго-западной окраины столицы, по адресу: ул. Профсоюзная, д.123. Он принял своих первых посетителей в 1987 г. С тех пор Музей является одним из крупнейших научных и учебно-просветительских центров Москвы.