Una sección del Museo de Ciencias Naturales 1890 - 1940
En 1890, el museo pasó a depender del Museo de Ciencias Naturales, el antiguo Real Gabinete de Historia Natural, institución que en 1895 traslada a él su Sección de Antropología, formada con las colecciones traídas por diferentes expediciones y viajes científicos llevados a cabo entre el siglo XVIII y el XIX. Simultáneamente, comienza la dispersión de las colecciones de anatomía, mineralogía, botánica y zoología del doctor, que acaban en museos de la universidad y en la propia sección principal del Museo de Ciencias Naturales. En 1910, por medio de un Real Decreto, la Sección de Antropología se independiza del Museo de Ciencias Naturales y se convierte en el Museo de Antropología, Etnografía y Prehistoria.
En esos años fue un centro científico y académico relevante, gracias a la labor de su director, Manuel Antón, y contaba ya con una importante biblioteca y con algunos laboratorios, en los que se impartían las clases prácticas de la cátedra de Antropología de la Universidad. Aquí se formó la primera generación de antropólogos culturales españoles, formada por figuras como Luis de Hoyos, Telesforo de Aranzadi, Francisco de las Barras de Aragón y, más tarde, Julio Caro Baroja.
También en esa época se escribieron en el edificio del museo algunas de las páginas más notables de la investigación médica no sólo a nivel nacional sino mundial, un episodio que el MNA no ha reivindicado hasta ahora como se merece. Las autoridades académicas de las que dependía el museo cedieron a Santiago Ramón y Cajal las estancias del lado que da a la estación y que habían sido la vivienda del doctor González Velasco para que instalara en ellas su laboratorio. Y allí desarrolló todos sus estudios desde 1903 a 1931, incluso después de jubilarse oficialmente en 1922; y allí por tanto estaba trabajando cuando en 1906 le notificaron la concesión del premio Nobel. De hecho, para poderse dedicar en cuerpo y alma a su vocación, en 1911 adquirió un solar en lo que hoy el número 64 de Alfonso XII, a dos puertas del museo, para construir su vivienda particular, que aún se conserva.