垣曲县自然博物馆建于1984年，是一座自然类和历史类结合的综合性博物馆。
垣曲县自然博物馆内设办公室、修复部（文物修复和动物标本制作）、藏品保管部、安全保卫部、社会教育体验课堂。占地面积3697.75平方米，建筑面积2501.6平方米。馆内布局整齐，东为砖木结构的明清民居，西为钢筋混凝土结构的三层展厅大楼，南北为砖混结构的仿古式楼房。
博物馆文物藏品主要通过考古发掘、社会捐赠、公安移交等方式获得。动植物、矿产标本通过采集制作而成。长期陈列了《垣曲野生动物标本展》、《垣曲矿产标本展》、《虞舜文化陈列室》、《垣曲民俗展》、《世纪曙猿陈列室》5个固定展厅，面积1100平方米。馆藏动物标本158件，矿石标本238件，各类文物3659件（套），其中一级文物13件，二级文物57件，三级文物91件。馆藏文物中以新石器时期的彩陶、 石器、骨器，宋代的店下样，金代戏剧砖雕、虎枕等为重要收藏。馆内建有184平方米文物库房，防盗、防火等安防设施达到博物馆二级防护要求。
1995年，配合中科院古脊椎动物与古人类在古城镇寨里村东南方向发现了距今4500万年前世界最早的具有高等灵长类动物特征的世纪曙猿化石，为研究动物进化和人类诞生发展提供了重要的参考资料。
20世纪50年代以来，垣曲县自然博物馆同中国国家博物馆、中国社会科学院考古研究所、中国科学院古脊椎动物与古人类、山西省考古研究所等部门合作，多次进行文物勘探、挖掘、研究工作，获得多项目，多课题的文物考古研究成果。先后编著出版《垣曲商城》、《垣曲古城东关》、《垣曲考古》、《垣曲古代研究》、《世纪曙猿概览》。2015年7月有国家博物馆、山西省考古研究所、垣曲县博物馆编著的《垣曲商城（二）1988-2003年考古发掘报告》正式出版发行。
在垣曲县文物局直接领导下，垣曲县自然博物馆被运城市委、市政府命名为“爱国主义教育基地”单位，被省科协命名为“山西省科普教育基地”单位，被省文物局评为“全省博物馆事业先进县”、被垣曲县委县政府授予“公共文化服务先进单位”。
