В 1770-е годы казак Чебаркульской крепости Прутов нашел у Ильменского озера превосходный топаз. Эти места оказались богаты на самоцветы, сюда рекой потекли горщики. В 1920 году здесь был создан Ильменский минералогический заповедник, в том числе для того, чтобы охранять недра и многообразие природных богатств. А потом открыли и музей с коллекциями минералов и горных пород. Сейчас в фондах музея хранятся более 25 тысяч экспонатов.

Площадь заповедника, основная часть которого Ильменский хребет, составляет 30,3 тысяч гектаров. В Ильменах известно 268 минералов, 18 из них были впервые открыты здесь. Также здесь богатый мир флоры и фауны, например, только мхов известно 138 видов!

Первые коллекции минералов и горных пород в Ильменском заповеднике начали собирать еще в 1925 году. И уже в 1936 году открыли Музей в деревянном здании. Пожар 1941 года уничтожил здание музея вместе с коллекциями. На том же фундаменте отстроили новое здание, коллекции минералов восстановили. В 1985 году музей переехал в новое трехэтажное здание общей площадью около 2000 квадратных метров. Сейчас Естественно-научный музей Ильменского государственного заповедника входит в пятерку крупнейших геолого-минералогических музеев России.

В музее работает несколько залов. В зале минералогии месторождений выставлено более 700 образцов из разных типов месторождений. Здесь во всей красе можно увидеть срезы пейзажной уральской яшмы, голубые топазы, фиолетовые аметисты, минералы Изумрудных копей Урала.

Для любителей всего инопланетного есть отдельная витрина с образцами метеоритов. Также здесь представлены минералы, полученные искусственным путем.

Зал систематической коллекции содержит 1750 образцов, и среди прочих экспонатов тут можно рассмотреть золото и алмазы.

В Ильменском зале представлены образцы горных пород и минералов Ильменских гор. Впечатляет геологическая схема Ильменских гор, сделанная из камней.

В Историческом зале можно изучить материалы, посвященные истории открытия и изучения Ильмен, начиная со второй половины XVIII века.

Биологический зал дает представление о животном и растительном мире заповедника, здесь представлены различные ландшафтные комплексы. Особенно впечатляет диорама длиной 33 м — одна из крупнейших в России. Она демонстрирует видовое разнообразие и ландшафтные комплексы заповедника, передает разные времена года. По боковым стенам установлено еще 12 витрин и 10 малых диорам с животными, птицами и насекомыми.