O Museu Goeldi possui três bases físicas. A mais antiga foi instalada em 1895 numa área de 5,2 ha, atualmente conhecida como Parque Zoobotânico. Localizado no centro urbano de Belém, nele se encontram a Diretoria, as Coordenações de Administração e Museologia, a Assessoria de Comunicação Social e a Editora do Museu.

Em 1980, inaugurou-se, nas imediações da cidade, um Campus de Pesquisa com 12 ha, para onde foram transferidas as Coordenações de Botânica, Zoologia, Ciências Humanas, Ciências da Terra e Ecologia, Informação e Documentação, Planejamento, além dos laboratórios institucionais.

A mais recente base física, a Estação Científica Ferreira Penna (ECFP), foi inaugurada em 1993, em 33.000 ha da Floresta Nacional de Caxiuanã, Município de Melgaço (PA). A área foi cedida pelo IBAMA e a base foi construída com recursos da Overseas Development Administration (ODA, atual DFID/Reino Unido). A ECFP destina-se à execução de programas de pesquisa e ações de desenvolvimento comunitário nas diversas áreas do conhecimento, recebendo cientistas de instituições nacionais e estrangeiras.