Для строительства нового здания музея природы определили место на Замковой площади, слева от костела, против краеведческого музея. Несмотря на морозы и снегопады, строительство продолжается, хотя и не так быстро, как планировалось. Сейчас, в феврале 2013 года, уже сделан фундамент, началось строительство первого этажа. Изначально планировалось, что к концу 2012 года здание уже накроется крышей, а к концу 2013-го новый музей предоставит свои площади для более удобного размещения и осмотра экспонатов.
В настоящее время в Житомире все музеи, за исключением музея космонавтики, размещаются в предоставленных для этого помещениях, а не в специально построенных. Так, краеведческий музей, отделом которого и является музей природы, на протяжении своей почти полуторавековой истории поменял более пяти помещений. И сегодня уже на протяжении более 2 лет здание музея, размещенное на Замковой горе, находится в стадии затяжного ремонта и музей закрыт для посетителей.
Музей природы, как отдельная музейная площадка, действовал в Житомире четверть века. В 1987 году более 15 тысяч экспонатов музея были размещены в здании Крестовоздвиженской церкви (1900 г.). На первом этаже в витринах размещались представители животного мира Полесья. В нижнем этаже была представлена коллекция песчаников, полезных ископаемых Волынского месторождения, коллекция гранитов, фотографии зданий и памятников, где был использован житомирский гранит. Это мавзолей в Москве, станции московского метро, мемориальные комплексы "Хатынь" (в Белоруссии) и Мамаев курган (в Волгограде). В последнем зале самые интересные экспонаты – скелет мамонта, фрагменты рога гигантского оленя, череп и кости огромного носорога и пещерного медведя.
В 1990 году экспозиция музея природы была признана одной из лучших в Украине.
Во все время существования музея в здании церкви верующие пытались вернуть себе храм, который на протяжении всей своей истории очень недолго использовался по своему прямому назначению. А в послевоенные годы вплоть до размещения здесь музея природы, использовался как склад промтоваров.
В 2011 году здание Крестовоздвиженской церкви было передано Житомирской епархии Украинской Православной Церкви Московского патриархата, а музею природы предлагалось несколько вариантов для переезда. Но они то ли не подходили для размещения музея, то ли город давал, а из рук не выпускал. В итоге целый год церковь и музей сосуществовали в одном помещении. Настало время, когда музею настоятельно предложили покинуть здание церкви. Постепенно все экспонаты музея были перемещены на хранение в здание магистрата, которое для хранения совершенно не приспособлено. В нижнем этаже церкви пока остался скелет мамонта – нет специалиста, который смог бы разобрать его подетально, а потом собрать в новом музее.