Eesti Looduseuurijate Selts asutati 1853. aasta 10. oktoobril Liivimaa Üldkasuliku ja Ökonoomilise Sotsieteedi tütarseltsina. Liivimaa Üldkasulik ja Ökonoomiline Sotsieteet (LÜÖS), esimene Tsaari-Venemaa Balti provintsides asutatud teadusselts, alustas tegevust Riias 1792. aastal. 1813. aastast tegutses LÜÖS Tartus. LÜÖS võttis oma töö korraldamisel eeskuju valgustusideede mõjul Lääne-Euroopas varem loodud sarnastest seltsidest, eelkõige Londoni Kuninglikust Põllumajanduse Seltsist. Piiratud liikmeskonna ja seisusliku kuuluvusega Liivimaa Üldkasuliku ja Ökonoomilise Sotsieteedi üks peamisi funktsioone oli kujuneda Liivimaa rüütelkonna kui maaomavalitsusorgani põllumajanduskojaks. Põhikirja järgi oli LÜÖSi eesmärgiks kavandada ja rakendada abinõusid põllumajanduse tootlikkuse suurendamiseks. Samas pidas sotsieteet põllumajanduse edendamise seisukohalt väga oluliseks ka loodusteaduslikke uurimistöid, märkides, et ilma loodusteaduseta jääks põllumajandus pelgalt empiiriliseks tegevuseks. Põllumajanduse viimiseks teaduslikule alusele oli vaja uurida maa looduslikke tingimusi. Alustati maa kaardistamisest: LÜÖSi algatusel tegi F. G. W. Struve 1816.—1819. aastal Liivimaa astronoomilis-trigonomeetrilise mõõdistamise ja C. G. Rücker koostas sellel põhineva spetsiaalkaardi, mis ilmus 1839. aastal. Viidi läbi Liivimaa üldloodimine ja loodi sademejaamade võrk. Uuriti kaevusid ja allikaid. Sotsieteedil oli oluline osa loomakasvatuses ja tõuaretuses (eriti eesti punase veisetõu aretamisel), sordiaretuses, maaparanduses, põllumajandusliku perioodika väljaandmisel ja metsanduse arengus. Loodusteaduslikul uurimisel pidi olema praktiline väärtus, ent praktiliste tööde aluseks pidi olema teoreetiline uurimine. Selleks, et oma ülesandeid täita ja majanduselu mitmekesistudes kandepinda laiendada, hakkas Sotsieteet harunema: asutati piiramata liikmeskonnaga filiaalseltse ja spetsialiseerunud allasutusi. 1802. aastal taasavatud Tartu Ülikooli õppejõud olid sotsieteedile teadusliku uurimistöö tegemisel abiks. Õppejõud valiti sotsieteedi auliikmeteks. Kuna ka ülikooli õppejõududel oli tekkinud soov luua ühendus toonaste Balti kubermangude looduse põhjalikuks uurimiseks, milleks neil puudus piisav majanduslik tugi, loodi ühiste huvide väljendusena sotsieteedi juurde loodusteaduslik filiaal. 1853. aastal asutati tänaseni tegutsev Eesti Looduseuurijate Selts, mis asutamise ajal kandis nime Tartu Loodusuurijate Selts. Tütarseltsi esimeseks presidendiks valiti LÜÖSi tolleaegne president Karl Eduard von Liphart ja sotsieteedi tegevliikmetest said filiaali auliikmed.
1868. aastal katkes aga LÜÖSi rahaline toetus filiaalseltsile ja sotsieteet ütles LUSile üles viimase ruumid oma majas. LUSi tegevus kippus juba algusest peale sotsieteedi kitsamast põllumajanduslike huvide ringist väljuma ja puhtloodusteaduslikuks uurimistööks toetuse saamist oli raske põhjendada. Lisaks oli äsja kaotatud teoorjus ja mõisnikud olid sunnitud väljaminekuid piirama. LUSi kui tütarseltsi ebamäärane staatus kestis 1878. aastani, mil Tartu Ülikool seltsi oma tiiva alla võttis. Sestpeale ei kuulunud LÜÖSi liikmed enam automaatselt LUSi auliikmete hulka. Alluvussuhete ümberkujunemise ajajärku jäi ka embrüoloogia rajaja Karl Ernst von Baeri Looduseuurijate Seltsi presidentuur (1869–1876), mil hakati tegelema mitme teadusharu, eriti bioloogia üldiste teoreetiliste küsimustega, näiteks elu tekke, olemuse ja evolutsiooni probleemidega.
Aastatel 1899–1918 kestis LUSis venestusaeg, mil venestusid seltsi juhatus ja liikmeskond ning seltsi asjaajamise ja trükiste keeleks sai vene keel. Sel perioodil laienes seltsi uurimistegevus Vene keisririigi avarustesse: Krimmi, Kaukaasiasse ja mujalegi. Kuni 20. sajandi alguseni oli LUSi töö toimunud liikmete kompaktse integreeritud tegevusena. Alles 1905. aastal asutati esimene erialasektsioon – järvekomisjon. Esimene maailmasõda pärssis tugevalt seltsi tegevust: paljud seltsi liikmed pidid minema sõjaväkke, paljud lahkusid Eestist. 1918–1923. aastail hakkas seltsi tegevus üleminekupresident G. Landeseni juhtimise all taaselustuma. Loodud Eesti Vabariigis muutus ka LUSi nägu ja tegu. 1922. aastal moodustasid eestlased LUSi liikmeskonnast juba kolmandiku. Saksa keele kõrval hakkas domineerima eesti keel. 1920. aastal asutati Eesti looduskaitse, taimede ja loomade geograafia osakond (hilisem looduskaitsesektsioon), 1921. aastal ornitoloogiasektsioon. 1923. aastal sai seltsi presidendiks Johannes Piiper ja seltsi asjaajamiskeeleks eesti keel. Selts hakkas toetama kodumaa looduse mitmekülgset uurimist. Asutati veel mitu olulist sektsiooni: 1928. a botaanikasektsioon, 1931. a geoloogiasektsioon, 1937. a entomoloogiasektsioon, 1939. a antropoloogiasektsioon ning 1940. aastal füüsika ja keemia sektsioon. 1939. aastal registreeriti Looduseuurijate Selts 1938. aastal loodud Eesti Teaduste Akadeemia juures.
Ent varsti puhkes II maailmasõda ja ajaloo tõmbetuultes likvideeriti ETA 1940. aasta 19. juulil. 1940. aastal lõpetati ka Liivimaa Üldkasuliku ja Ökonoomilise Sotsieteedi, LUSi kunagise emaorganisatsiooni tegevus, mis viimasel kahel aastakümnel oli olnud Lõuna-Eestis saksa elu organisatsiooniline keskus. Sõda ja okupatsioon halvasid seltsi tegevuse mitmeks aastaks. 1940. aastast 1946. aastani oli LUS taas seotud Tartu Ülikooliga. LUSi ellujäämisele aitas kaasa sõja-aastatel kõrgeis riigiametites olnud H. Habermani toetus. Likvideeriti Õpetatud Eesti Selts, Eesti Kirjanduse Selts, Eesti Kodu-uurimise Selts jpt, ent LUSi järjepidevus ei katkenud. 1946. aastast tegutses LUS Eesti NSV Teaduste Akadeemia juures. Loodusteaduslik uurimistöö Eestis, mis seni oli olnud suuresti LUSi õlul, läks üle paljudele vastloodud uurimisinstituutidele ja LUSi roll hakkas taanduma riiklikele instituutidele kaasaaitamiseks. 1953. aastal asutati Rootsis Eesti Loodusuurijate Seltsi Koondis Eksiilis, et jätkata seltsi tööd vabas ühiskonnas ja tähistada seltsi 100. juubelit. Seega tegutses selts mõnda aega paralleelselt nii Nõukogude Eestis kui Rootsis. Välis-LUS jõudis kirjastada kolm aastaraamatut (1957, 1959, 1963). Eerik Kumari esimeheks oleku (1954–1964) ajal edenes LUSi tegevus Eestis jõuliselt: käivitati seltsi vaatlejate-usaldusmeeste võrgustik ja hakati välja andma sarja „Abiks loodusevaatlejale“. Loodusevaatlejate abistamine ja töö korraldamine sai seltsi tegevuses oluliseks. Kumari elustas Eesti-Soome ornitoloogide päevade traditsiooni ja looduseuurijate päevad endiste loodusteadlaste päevade jätkuna. Hakati korraldama loodusevaatlejate vabariiklikke kokkutulekuid. Taastati seltsi auliikme staatus. Kumarile järgnenud Hans Trassi juhtimise I perioodil (1964–1973) muudeti regulaarseks iga-aastased teaduskonverentsid. Hakkas ilmuma uus seeriaväljaanne „Teaduse ajaloo lehekülgi Eestist“ ja ajakiri Folia Cryptogamica Estonica. Erast Parmasto juhtimisperioodi jäänud 1974. aastal kinnitas Eesti NSV Teaduste Akadeemia seltsi uue, kuuenda põhikirja, millega sai selts praeguse, lisandunud käändelõpuga nimekuju Eesti Looduseuurijate Selts (senise Loodusuurijate Seltsi asemel). Aastatel 1982–1985 juhtis LUSi Kuulo Kalamees, kelle ajal võeti vastu seltsi seitsmes põhikiri, millega hakati seltsi juhatust taas presiidiumiks nimetama ja seati esimest korda sisse aupresidendi staatus. Trükis hakkas ilmuma teoreetilise bioloogia kevadkooli materjale koondav väljaanne Schola Biotheoretica. Aastail 1975–1982 oli kogumikku paljundatud kserograafiliselt. Iseseisvuse taastamise eelse aja LUSi viimane president oli aastatel 1985–1991 teist korda seda ametit pidanud Hans Trass. Tema teise ametiaja suurimaks saavutuseks oli LUSile oma maja kättevõitmine: 13. aprillil 1989. a said Hans Trass ja LUSi asepresident A. Koppel kätte Struve tn 2 maja võtmed. 1990. algas maja kapitaalremont.
1991. aastast tegutses LUS iseseisvuse taastanud Eesti Teaduste Akadeemia juures. Samal aastal kinnitatud uue, kaheksanda põhikirjaga lisandusid seltsi liikmeskonda toetajaliikmed. Ametliku nimelühendina nähti ette „Eesti LUS“. Korrati üle LUSi struktuurse dünaamilisuse põhimõte: LUSil on õigus asutada oma ülesannete täitmiseks haruseltse. Vabaduse taastamise järgsed uued olud ja katsumused tõid hiljem LUSi struktuuri muutusi ka lahkujate näol. Aastail 1991–1994 oli LUSi president Kalevi Kull, kelle juhtimisperioodil asutati Jakob von Uexkülli Keskus LUSi allüksusena. 1994–2004 juhtis looduseuurijate seltsi Tõnu Möls. 1995. aasta põhikirjamuudatustega nimetati LUS mittetulundusühinguks. 1995. aasta 27. oktoobril toimus LUSi maja pidulik avamine Struve tänaval. Mölsi presidentuuri ajal asutati LUSi sektsiooni õigustes Eesti Malakoloogia Ühing (1996), ilmahuviliste sektsioon (2002) ja loodushariduse komisjon (2003). 1998. aastal eraldus LUSist Eesti Ornitoloogiaühing, mis registreeriti omaette MTÜ-na. 1999. aastal hakati välja andma sarja „Looduseuurija käsiraamatud“. 2003. aastal tähistati konverentsiga LUSi 150. juubelit ja ilmus Linda Kongo põhjalik monograafia „Eesti Looduseuurijate Seltsi 150 tegevusaastat 1853–2003”. Marek Sammuli presidentuuri (2004–2008) ajal tõusis esiplaanile loodusharidus: LUS aitas koostada arendusdokumente, koordineerida riikliku looduskaitse arengukava loodushariduse osa ning Eesti ja Tallinna keskkonnahariduse kontseptsioonide koostamist. Juhiti tähelepanu loodusainete õppekavade sisule. LUS korraldas laiale ringile mõeldud konverentse, õppepäevi ja seminare. Edukaks osutus seminarisari „Loodusteadlastelt loodusainete õpetajatele“. Hakkasid toimuma geoloogiasektsiooni sügiskoolid. LUSiga liitus eestikeelsete taimenimede ja botaanilise terminoloogia komisjon. Piduliku konverentsiga tähistati järvekomisjoni 100. sünnipäeva. Suur osa seltsi teadustegevusest viidi projektipõhisele rahastamisele. Aastail 2008–2014 juhtis looduseuurijate seltsi astronoom Tõnu Viik. 2014. aastal sai LUS oma pika ajaloo esimese naispresidendi, kui ametisse valiti geoloogiadoktor Oive Tinn, kes juhtis seltsi 2017. aastani. Oive Tinni ametijärglaseks sai Urmas Kõljalg, kes juhib LUSi tänini. 2021. aastal renoveeriti Eesti Looduseuurijate Seltsi Struve tänava hoone koosolekusaal.