Здание Верхнего провиантского склада, в котором размещается Музей природы и охраны окружающей среды, является памятником архитектуры областного значения. Верхний провиантский склад — одно из самых старых каменных зданий города, построенное между 1809 и 1824 годами, автор проекта неизвестен. Первоначально использовался для хранения продовольствия. В конце XIX века в нем размещалась «метальная лавка» купца Злоказова. С 1920 года по начало 1980-х годов в этом здании размещались гаражи исполкома Горсовета.
В 1987 году памятник был передан Нижнетагильскому музею-заповеднику. В 1989 году началась его реставрация, в процессе которой были восстановлены крытые галереи по северному и южному фасаду, по старинным аналогам были изготовлены кованые металлические двери и узорчатые решетки для оконных проемов, проломы заделаны большеразмерным кирпичом. В экспозиционных залах были сохранены первозданные части конструкции здания — столбы и балки из многовековой лиственницы и кладка из большеразмерного старинного кирпича.
В 2005 году новый Музей природы и охраны окружающей среды распахнул свои двери для первых своих посетителей. В год десятилетия музея в 2015 году его экспозиция значительно обновилась. В настоящее время работает «Малахитовый зал», прославляющий красоту тагильского малахита и демонстрирующий лучшие его образцы, камнерезные и ювелирные изделия из этого камня. Меднорудянское месторождение малахита в Нижнего Тагиле, разработка которого началась в 1814 году, известно во всем мире. Свою славу оно получило не только из-за большого количества добытого здесь малахита, но и из-за его высокого качества.
На втором этаже музея природы работают две выставки: «Совершенство дивных граней» и «Каменная летопись Тагила», которые представляют богатство минералогической коллекции Нижнетагильского музея-заповедника.
В музее осуществляется проект «Особая кладовая», в рамках которого демонстрируются работы ювелиров и камнерезов страны.
