Genom de institutioner och museer som har vuxit fram sedan 1800-talets första hälft är delar av Kungliga nationalstadsparken starkt präglade av utbildning och forskning. De renodlat akademiska miljöerna finns framför allt på Norra Djurgården medan museerna är koncentrerade till Södra Djurgården, Djurgårdsbrunnsviken och Skeppsholmen.
Under de senaste århundradena har området utmed Roslagsvägen genomgått en total omvandling – från lantlig pastoral naturmark och odlingsfält till ett vidsträckt parklandskap med utpräglad institutionsbebyggelse från olika tider. Den kvalitet och medvetenhet som präglat genomförandet av förändringarna, både när det gäller byggnadernas utformning, parklandskapet och hänsynen till den omgivande naturen, gör att du inte behöver vara student för att uppskatta ett besök här.
Roslagsvägen från Valhallavägen och Kungliga Tekniska Högskolan, över Stockholms universitet till Bergianska trädgården, kantas av akademiska institutioner. Området väster om Roslagsvägen och ned mot Brunnsviken berättar om de första mer samlade utbyggnaderna som genomfördes decennierna kring sekelskiftet 1900. Bergianska trädgården etablerades under 1880-talet medan Veterinärhögskolan, Vetenskapsakademien och Skogshögskolan tillkom under 1910-talet. I 1910-talets utbyggnad ingick också Naturhistoriska Riksmuseet. Tidstypiska monumentalbyggnader ligger här omsorgsfullt inplacerade i landskapet. Varje område har en tydlig egen karaktär, där bebyggelsens utformning spelar en stor roll. Mellan de olika institutionerna utbreder sig större grönområden. Under 1900-talet har kompletteringar med nya institutionsbyggnader skett inom områdena.
Under 1800-talet gjorde Abraham Niclas Edelcrantz och Israel af Ström Djurgården till ett centrum för utvecklingen av modernt skogs- och lantbruk.
Trädgårdsföreningen på Rosendal och Bergianska trädgården blev centra för det hortikulturella området. Stockholms universitet utbreder sig i dag på det område som under 1800-talet var Lantbruksakademiens experimentalfält. Här hade man försöksodlingar och nya redskap utprovades.
Den modernistiska huvudbyggnaden ”Södra huset” uppfördes 1968-71 och står som ett landmärke med sina fasader av ljusblå glasskivor. Under 1900-talets sista tre decennier tillkom sedan flera individuellt utformade byggnader, som är bland de främsta exponenterna för sin tids arkitektur. Trots det påtagligt moderna intrycket, gör sig tiden som experimentalfält fortfarande påmind. Dåvarande huvudbyggnaden ”Bloms hus” ligger centralt i området. Här finns också universitetets restaurang ”Lantis”, som ursprungligen inrymde ett lantbruks- och fiskerimuseum liksom flera trävillor som tjänstgjort som personalbostäder.
Inom Nationalstadsparken finns också flera andra högskolor. På Skeppsholmen ligger Kungliga Konsthögskolan och på Gärdet återfinns Idrottshögskolan. Utöver universitetet vid Frescati och KTH är det dock bara Polishögskolan vid Sörentorp i parkens norra del som utgör ett större sammanhållet område för utbildningsändamål. Polishögskolans fritt grupperade byggnader i tegel uppfördes för Svea Livgarde, som år 1946 flyttade till Sörentorp.
Under en resa i Dalarna år 1872 fick en man vid namn Artur Hazelius idén att rädda det som räddas kunde av den gamla allmogekulturen som höll på att försvinna. Ett år senare öppnade han Skandinavisk-Etnografiska samlingen på Drottninggatan. Samlingarna växte snabbt och år 1888 togs det första spadtaget till museibyggnaden på Djurgården. Invigningen av slottsliknande huset, ritat av Isak Gustaf Clason, skedde 1907.
År 1891 grundade Hazelius också Skansen – världens äldsta friluftsmuseum. Syftet var att visa hur människor bott och verkat i Sverige under olika tider. Intill Skansen invigdes 1893 Biologiska museet. Museets grundare var Gustaf Kolthoff, konservator, jägare och amatörzoolog. Hans syfte var att skapa ett nytt, annorlunda museum över den nordiska djurvärlden. I museet användes dioramatekniken. Där man i montrar med uppstoppade djur skildrar djurlivet i sin naturliga miljö, ett försök att för besökaren frysa upplevelsen av levande natur och djur.
På 1930-talet öppnade Tekniska museet och under 1900-talets lopp har tillkommit bland annat Prins Eugens Waldemarsudde, Moderna museet, Arkitekturmuseet. År 1963 invigdes Carl Eldhs Ateljémuseum, ett sällsynt dokument över en konstnärs liv och verk under 1900-talsets första hälft. De yngsta museerna i parken är Polismuseet och Riksidrottsmuseet, som flyttade in i sina lokaler på Gärdet under 2007.
