Займання почалося близько 19:30 за місцевим часом уже після закриття музею. У будівлі не було нікого, крім декількох охоронців, які встигли покинути його. Причини пожежі невідомі. Поліція веде розслідування, намагаючись встановити, чи не була пожежа результатом умисного підпалу.
Вогонь гасили 80 пожежних. За даними Associated Press, до гасіння змогли приступити тільки через 40 хвилин — два пожежних гідранта виявилися виведені з ладу і воду довелося брати з довколишнього озера. Взяти під контроль поширення вогню вдалося тільки до ранку понеділка, 3 вересня.
У вогні загинула велика частина колекції музею з 20 мільйонів предметів. Серед найбільш відомих експонатів — найдавніший в Південній Америці людський скелет “Лузіа” віком 12 тисяч років, найбільший метеорит, що впав у Бразилії, уціліла під час виверження Везувію римська фреска з Помпей, знайдений в бразильському штаті Мінас-Жерайс скелет динозавра. В середині ХХ століття музей став частиною Федерального університету Ріо-де-Жанейро. В його стінах відкрилися безліч студентських лабораторій, а також розташовувалася одна з найбільших наукових бібліотек країни.