Le muséum est créé en 1796 par le naturaliste Philippe-Isidore Picot de Lapeyrouse dans les bâtiments du monastère des Carmes Déchaussés, réservé d’abord aux naturalistes, il est ouvert au public en 1865. C’est le premier muséum où sont présentées des collections préhistoriques dans la « galerie des cavernes ». Un jardin botanique ou jardin des plantes y est associé en 1887. Au fil des années le muséum s’enrichit de collections variées notamment des collections de malacologie et d’ethnologie de Gaston de Roquemaurel. Pour rénovation le muséum est fermé à partir de 1997, et rouvert au public en janvier 2008.

 Gastonde Roquemaurel,est un marin et explorateur toulousain (1804-1878). A sa sortie de Polytechnique, il devient officier de marine en 1825 et participe à la seconde expédition de Dumont d'Urvilleautour du monde et en Antarctique. Il devient son second à bord de l'Astrolabeet tient le journal de bord de l'expédition (1837-1840). Un temps dans les cabinets ministériels, en 1850, il est nommé commandant de la corvette Capricieuse, et reçoit pour mission de partir pour le Pacifique en passant par le Cap Horn et par Tahiti, de s'arrêter en Micronésie pour mesurer un méridien astronomique qui servira aux futures, d'occuper la station navale de la mer de Chine, et d'explorer les côtes asiatiques. A sa retraite en 1862, il se retire alors à Toulouse, où il entre à l'Académie des Jeux floraux. Au cours de ses voyages, Roquemaurel avait constitué une importante collection bibliographique et ethnographique léguée à la ville de Toulouse.