El museo le debe su nombre al doctor Miguel Lillo, ya que el sabio autodidacta donó su propiedad, su biblioteca, sus colecciones botánicas, zoológicas y dinero a la Universidad en el año 1930. Así se creó la fundación, soporte académico del instituto y del museo.  

El mismo, está constituido por dos salas dedicadas a biología, geología y paleontología. La muestra permanente cuenta con una exhibición de minerales, restos fósiles de La Era del Hielo y elementos que componen al noroeste argentino, mientras que en la muestra temporal, se aprecian componentes de la fauna Argentina y africana, y una gran variedad de insectos. 

También cuenta con una exposición a cielo abierto que constituye el Jardín Botánico de la Institución. Con más de 80 especies autóctonas del Noroeste argentino, se destacan las más representativas de la selva tucumano-boliviana.  En 1998, comenzó a formar parte de la “ Red Argentina de Jardines Botánicos”,  la cual Integra los jardines científicos más importantes del país.