天津自然博物馆的前身为原天津博物馆。建筑主体由“天鹅颈”和“天鹅羽翼”构成，以独特的白天鹅展翅造型与圆形天鹅湖相契合，“天鹅颈”回廊导入主体的设计使颈部羽翼及主体构成优美的外形，突出了博物馆标志性建筑的地位，丰富了城市建筑群体的轮廓线 , 赋予公共建筑以特性。

2014 年，结合天津文化中心建设，位于天津文化中心的原天津博物馆被改造为天津自然博物馆。按照自然博物馆的专业特点和功能需求，设计团队对博物馆建筑的部分功能区、内檐、外檐进行装修提升、整治，对部分设施进行调整、修改、完善。新建筑延续原天津博物馆的建筑风格，有序组织空间。天津自然博物馆以“家园”（HOME）为主题陈列布展，设“家园?探索”“家园?生命”“家园?生态”3 个主题展区和 2 个国际交流厅，建设成集收藏与研究、展示与体验、文化交流与科普教育、文化旅游与休闲于一体的具有天津特色、国内领先的现代化、综合性自然博物馆。