Oddział przyrodniczy Muzeum mieści się w spichlerzu zbożowym. Budynek został zbudowany pod koniec XVI w. i od tamtego czasu miał przeróżne przeznaczenie.
Oddział Przyrodniczy gromadzi, opracowuje i prezentuje zbiory dotyczące bogactwa przyrodniczego Małopolskiego Przełomu Wisły, Płaskowyżu Nałęczowskiego, Kotliny Chodelskiej i Równiny Bełżyckiej. Wystawy stałe prezentowane w Muzeum ukazują bogactwo przyrody okolic Kazimierza Dolnego, choć problemy na nich poruszane mają znacznie szerszy zasięg. Wystawy mają charakter edukacyjno-naukowy i większość prezentowanych na nich eksponatów pochodzi z terenu Kazimierskiego Parku Krajobrazowego, stanowią rośliny i zwierzęta spotykane na terytorium całej Polski. Ekspozycje stałe, które możemy zobaczyć w Spichlerzu Ulanowskich, dotyczą Kazimierskiego Parku Krajobrazowego, Małopolskiego Przełomu Wisły, wąwozów lessowych oraz skał wapiennych znajdujących się na tym terenie. Dodatkowo Oddział przygotowuje wystawy czasowe poświęcone zagadnieniom przyrodniczym. W ostatnich latach można było tu obejrzeć m.in. wystawy: „Tak daleko, jak skrzydła poniosą – cud ptasiej wędrówki”, „Owad – przyjaciel czy wróg?”, „Bursztyn w świetle dwóch księżyców” oraz szereg wystaw będących zwieńczeniem konkursów organizowanych przez placówkę.
Oddział dysponuje również ogródkiem botanicznym, który wykorzystywany jest do działań edukacyjnych. Dla gości muzeum jest on również miejscem na odpoczynek.