Loodusmuuseum ehk loodusloomuuseum on muuseum, kus eksponeeritakse loodust ja looduslugu, sealhulgas loomi, taimi, ökosüsteeme, geoloogiat, paleontoloogiat ja klimatoloogiat.
Mõnes muuseumis täiendab looduslookollektsioon muid, näiteks ajaloo- ja kunstikogusid. Ka looduskeskustes on vahel ulatuslikke loodusloolisi kollektsioone.
Maailma tuntumate loodusmuuseumide hulka kuuluvad näiteks USA Rahvuslik Loodusloomuuseum (National Museum of Natural History) Washingtonis, Ameerika Loodusloomuuseum (American Museum of Natural History) New Yorgis ning Humboldti Muuseum (Museum für Naturkunde – Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung an der Humboldt-Universität zu Berlin) Berliinis.
Eestis on kaks loodusmuuseumi: Eesti Loodusmuuseum Tallinnas ja Tartu Ülikooli Loodusmuuseum Tartus.