马家湾自然科学院旧址位于延安市宝塔区桥沟镇马家湾村北大修厂院内。
自然科学院的前身是自然科学研究院。1939年5月，为了保证陕甘宁边区工业生产的发展，促进同防、经济建设，中共中央决定在延安创办自然科学研究院。1939年底，在中央财经部召开的自然科学讨论会上，一些专家学者提出以现有的科技人员为师资，自然科学研究院为基地，成立自然科学研究院。1940年1月，中共中央决定将自然科学研究院改为工、农、科性质的教育机构——自然科学院。院长由李富春兼任，副院长陈康白，学院属中央财经部领导。1940年9月1日，自然科学院举行开学典礼。1941年1月，学院改属中央文委领导，徐特立接任院长。1941年9月，又开办了医训班，一年半后转入医科大学。1941年12月年底，中央规定：“延安大学、鲁迅艺术学院、自然科学院为培养党与非党的各级高级与中级专门的政治、文化、科学及技术人才的学校。”1943年10月，学院从马家湾迁到东川桥儿沟，与延安大学、鲁艺正式合并，成为延安大学的一个学院。
1945年8月，抗战胜利后，中共中央决定将自然科学院向东北地区转移。11月15日，自然科学院从延安出发。到张家口后，由于形势变化，决定暂留当地，改名为晋察冀边区工业专门学校。1948年，与北方大学工学院合并，定名为华北大学工学院。1949年迁到北京。1952年1月1日，改称北京工业学院(今北京理工大学)。