 La maison-musée fut construite par le Docteur Philadelphe Thomas, célèbre paléonthologue et ornithologue, pour conserver ses collections et léguées à la ville de Gaillac en 1912. Il fut entre aussi propriétaire du Château de Tauziès où il protégea de vieux cépages locaux et s'essaya à de nouvelles méthodes culturales.
Des collections jugées uniques en Midi-Pyrénées dans tous les domaines des sciences naturelles sont réunis :
 collections géologiques (XIXème s.) : minéralogie (+ de 10 000 pièces, quelques centaines régionales et marbres pyrénéens) avec certains gisements épuisés ou inaccessibles,
collections paléonthologiques : fossiles de l'ère primaire à l'ère quaternaire (+ de 20 000 organisés dans une séléction régionale), archéologie nationale (outils préhistoriques, gallo-romains), antiquités etrangères orientales,
collections zoologiques : d'intérêts historiques et ensemble illustrant la répartition des espèces; mammalogie (mammifères), ornithologie (plus de 800 spécimens d'europe et + de 10 000 œufs, nids), entomologie (+ de 10 000 insectes, 800 régionaux), herpétologie (reptiles), ichtyologie (poissons), invertébrés,
collection de conchyliologie (XIXème s.) : malacologie, ostéologie Indo-Pacifique (plusieurs milliers d'espèces de mollusques marins et terrestres),
collection botanique (XIXème s.) : planches d'herbiers (4000)
bibliothèque scientifique de 1500 volumes : fondée et constituée en partie par celle de Philadelphe Thomas consacrée à l'histoire des sciences.
L’inventaire complet des collections a été réalisé en 1996 et les herbiers ont été restaurés, un énorme travail de fond est en cours depuis quelques années concernant notamment les éléments en réserve. .
Réaménagé, le Musée est devenu plus attractif, notamment pour le jeune public et les scolaires. Les salles du rez-de-chaussée ont été entièrement rénovées en 1999 afin d'accueillir des expositions temporaires et des animations. Un deuxième projet de rénovation est en cours, reprenant les éléments forts du premier édicté par une commission du Ministère de l'Education Nationale, pour une restruction et un développement de l'ensemble du site y compris le jardin.
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