Здание Верхнего провиантского склада, где находится Музей природы и охраны окружающей среды, является памятником архитектуры областного значения. Это одно из старейших каменных строений города, возведенное между 1809 и 1824 годами, хотя имя автора проекта неизвестно. Изначально оно служило для хранения продовольствия. В конце XIX века здесь работала «метальная лавка» купца Злоказова. С 1920-х до начала 1980-х годов здание использовалось как гаражи исполкома Горсовета.

В 1987 году здание было передано Нижнетагильскому музею-заповеднику, и в 1989 году началась его реставрация. Были восстановлены крытые галереи на северном и южном фасадах, изготовлены кованые металлические двери и узорчатые решетки для окон, а проломы заделаны крупным кирпичом. В залах музея сохранились оригинальные элементы конструкции, включая столбы и балки из многовековой лиственницы и кладка из старинного кирпича.

В 2005 году обновленный Музей природы и охраны окружающей среды открылся для посетителей. В 2015 году, к десятилетию музея, его экспозиция была значительно обновлена. Сейчас в музее работает «Малахитовый зал», где представлены лучшие образцы тагильского малахита, а также изделия из него. Меднорудянское месторождение малахита в Нижнем Тагиле, разработка которого началась в 1814 году, известно во всем мире благодаря большому количеству и высокому качеству добытого здесь малахита.

На втором этаже музея представлены выставки «Совершенство дивных граней» и «Каменная летопись Тагила», демонстрирующие богатство минералогической коллекции Нижнетагильского музея-заповедника.

В музее также реализуется проект «Особая кладовая», в рамках которого выставляются работы ювелиров и камнерезов со всей страны.