พิพิธภัณฑ์สัตววิทยาเริ่มจัดตั้งขึ้นเมื่อประมาณ พ.ศ. 2500 ที่ตึกชีววิทยาเก่า ตรงข้ามอนุสาวรีย์สามบูรพาจารย์สามเสือแห่งเกษตร (ปัจจุบัน เป็นสำนักงานสถิติการเกษตร กระทรวงเกษตรและสหกรณ์) โดยเริ่มต้นจากการเป็นห้องเก็บตัวอย่างเพื่อใช้ในการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ชีวภาพแก่นิสิตมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ตลอดจนการให้บริการยืตัวอย่างเพื่อการเรียนการสอนแก่มหาวิทยาลัยอื่น ๆ อาทิ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ เป็นต้น ซึ่งตัวอย่างสัตว์มีแหล่งที่มาจากหลายแหล่งด้วยกัน ได้แก่ การออกเก็บตัวอย่างของคณาจารย์ในทุกวันพุธ การให้นิสิตจัดทำเป็นผลงานแล้วนำส่งเพื่อเก็บรวบรวมไว้ใช้ประโยชน์ในการเรียนต่อไป และการรับบริจาค การจัดแสดงตัวอย่างสัตว์ในสมัยแรกนั้นเป็นการจัดแสดงอย่างง่าย โดยมีเพียงตู้กระจกรูปทรงสามเหลี่่ยมประมาณ 3 ตู้ ซึ่งยังคงปรากฏและใช้งานอยู่ที่พิพิธภัณฑ์สัตววิทยาในปัจจุบัน[3]

ต่อมาเมื่อคณะวิทยาศาสตร์ (เดิมคือ คณะวิทยาศาสตร์และอักษรศาสตร์) มีการย้ายมายังบริเวณที่ตั้งในปัจจุบัน จึงมีการเคลื่อนย้ายตัวอย่างที่ได้เก็บรวบรวมไว้นั้นมายังตึกชีววิทยา และปรับปรุงห้องจัดเก็บให้เป็นห้องจัดแสดงตัวอย่างสัตว์ที่มีขนาดใหญ่ และตั้งชื่อว่า "พิพิธภัณฑ์สัตววิทยา" แต่เนื่องจากในอดีตที่ผ่านมาพิพิธภัณฑ์สัตววิทยาขาดการดูแลอย่างจริงจัง เนื่องจากขาดงบประมาณสนับสนุนจึงทำให้ไม่มีเจ้าหน้าที่ดูแลประจำ การจดทะเบียนตัวอย่างสัตว์ยังไม่เป็นระบบ ภาควิชาสัตววิทยาได้เล็งเห็นความสำคัญและคุณค่าของตัวอย่างสัตว์ซึ่งบางตัวอย่างอาจเป็นสัตว์ป่าหายากในอนาคต จึงมีคำสั่งภาควิชาสัตววิทยา ที่ 5/2539 แต่งตั้งคณะทำงานพัฒนาพิพิธภัณฑ์สัตววิทยาขึ้น เมื่อวันที่ 11 มกราคม พ.ศ.2539 เพื่อศึกษาวิธีการจัดเก็บและจัดแสดงตัวอย่างสัตว์ในพิพิธภัณฑ์ที่เหมาะสม ดำเนินการจัดเก็บและจัดแสดงตัวอย่างสัตว์ในพิพิธภัณฑ์ ตลอดจนประมวลข้อมูลเพื่อให้บริการสารสนเทศแก่ผู้สนใจ[4][5]

ในปีงบประมาณ พ.ศ.2539 พิพิธภัณฑ์สัตววิทยาได้รับการสนับสนุนตามโครงการพัฒนาพิพิธภัณฑ์สัตววิทยาในส่วนของการจดทะเบียนตัวอย่างสัตว์ จากสำนักพิพิธภัณฑ์และวัฒนธรรมการเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ นับเป็นพิพิธภัณฑ์เครือข่ายระดับที่ 2 โดยเริ่มจากการเก็บข้อมูลทะเบียนตัวอย่างสัตว์อย่างมีระบบในรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์ในระบบคอมพิวเตอร์ ทำให้สามารถสืบค้นข้อมูลได้ง่ายและสะดวกรวดเร็ว ตลอดจนปรับปรุงการติดป้ายแสดงตัวอย่าง การซ่อมแซมตัวอย่างที่ชำรุด และวางแผนการจัดแสดงเพื่อให้ความรู้แก่ผู้เข้าชมให้มากที่สุด[6]

ภาควิชาสัตววิทยาได้ดำเนินการพัฒนาและปรับปรุงงานพิพิธภัณฑ์เพื่อให้เนื้อหามีความทันสมัยน่าสนใจและได้ทำพิธีเปิดพิพิธภัณฑ์ในรูปแบบใหม่ เมื่อวันที่ 27 พฤศจิกายน พ.ศ.2558 [7] ทั้งนี้ เพื่อประโยชน์สูงสุดต่อการให้ความรู้ด้านชีววิทยาและสัตววิทยาแก่ผู้เข้าชมพิพิธภัณฑ์สัตววิทยา