Το Μουσείο βρίσκεται στην Κηφισιά, 14,5 χιλιόμετρα Β.Α. της Αθήνας. Στεγάζεται σε ένα κομψό νεοκλασικό κτίριο του περασμένου αιώνα (1875). Διαμορφώθηκε και επεκτάθηκε κατά τα χρόνια λειτουργίας του, ώστε να αποτελέσει κατάλληλο χώρο για τις μουσειακές ανάγκες –επιστημονικές και εκπαιδευτικές– του Ιδρύματος. Το 1991 το Μουσείο ίδρυσε το Ελληνικό Κέντρο Βιοτόπων-Υγροτόπων (ΕΚΒΥ) στη Θεσσαλονίκη με τη συμβολή της Γενικής Διεύθυνσης ΧΙ των Ευρωπαϊκών Κοινοτήτων και του ΥΠΕΧΩΔΕ. Σκοπός του είναι να συμβάλει στην αναχαίτιση και αναστροφή της απώλειας των φυσικών οικοτόπων της Ελλάδας και της ευρύτερης περιοχής. Το 1999, ενόψει της νέας χιλιετίας και της συνεχιζόμενης υποβάθμισης του φυσικού περιβάλλοντος, προχώρησε στη δημιουργία του Κέντρου Περιβαλλοντικής Έρευνας και Εκπαίδευσης ΓΑΙΑ, με τη συμβολή της Ε.Ε. και του ΥΠΕΧΩΔΕ. Σκοπός του είναι να λειτουργήσει ως το μουσείο του μέλλοντος, ως κέντρο πρωτοποριακό επιστημονικής έρευνας και εκπαίδευσης, χαράσσοντας μια νέα περιβαλλοντική πολιτική στην Ελλάδα, στην Ευρώπη και διεθνώς. Παράλληλα στην Κρήτη αναστήλωσε το Τέμενος Μασταμπά Ρεθύμνου, όπου εκτίθενται παλαιοντολογικές και γεωλογικές συλλογές της Κρήτης.
To Μουσείο σήμερα περιλαμβάνει το Μουσείο Γουλανδρή Φυσικής Ιστορίας και το Κέντρο Γαία, που είναι δύο διαφορετικά, αλλά επικοινωνούντα μεταξύ τους κτίρια. Είναι και τα δύο πολιτιστικοί φορείς με κοινό στόχο τη μελέτη, τη συντήρηση και την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος. Στις αίθουσές του φιλοξενούνται τα εκθέματα των τεσσάρων βασικών τομέων του (χερσαία ζωολογία, βοτανική, υδροβιολογία, ορυκτολογία-παλαιοντολογία). Στο Κέντρο Γαία, που ιδρύθηκε το 2001, γίνεται με διαδραστικό τρόπο μια πρώτη γνωριμία του πλανήτη με την ποικιλία των τοπίων του, της βλάστησης και του ζωικού πλούτου του και την επιρροή του ανθρώπου στο περιβάλλον.
Οι συλλογές του Μουσείου αριθμούν σήμερα εκατοντάδες χιλιάδες δείγματα και αποτελούν πολύτιμο εθνικό κεφάλαιο, τις τράπεζες δεδομένων της χώρας, τη βάση για κάθε επιστημονική έρευνα και εφαρμογή στους τομείς της περιβαλλοντικής πολιτικής, της γεωργίας και της δασοπονίας. Η γνώση της βιοποικιλότητας σε όλα τα επίπεδα, η γεωγραφική εξάπλωση, οι οικολογικές και στρωματογραφικές παρατηρήσεις, αποτελούν στοιχεία που προκύπτουν κατά την ανάπτυξη των συλλογών και υποστηρίζουν περιβαλλοντικές μελέτες, αρχαιολογικές και αρχαιομετρικές έρευνες, γεωλογικές και παλαιοντολογικές εργασίες, παλαιοβοτανική και παλαιογεωλογία, αλλά και μελέτες που αφορούν στην ιατρική και φαρμακογνωσία. Επιπλέον, αποτελούν εξαιρετικό εργαλείο για την ανάπτυξη εκδοτικών και εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων.
Στο πλαίσιο του προγράμματος της Κοινωνίας της Πληροφορίας «Τεκμηρίωση, Ψηφιοποίηση και Ανάδειξη των Συλλογών του Μουσείου Γουλανδρή Φυσικής Ιστορίας» πραγματοποιήθηκε η ψηφιακή τεκμηρίωση δειγμάτων (εισαγωγή δεδομένων 81.000 δειγμάτων από τις συλλογές Βοτανικής, Υδροβιολογίας, Χερσαίας Ζωολογίας και Γεωλογίας-Παλαιοντολογίας και ψηφιοποίηση 6.000 δειγμάτων από τις συλλογές αυτές). Αντιπροσωπευτικό δείγμα του ψηφιοποιημένου υλικού μπορεί να αναζητηθεί ηλεκτρονικά στη Βάση Δεδομένων Συλλογών του Μουσείου.