La Historia Natural es la única obra que nos ha llegado de Plinio como texto de primera mano. Su título indica el carácter enciclopédico que su autor quiso dar ya que pretende compediar la Historia de la Naturaleza en todos sus aspectos y grados de elaboración a los que una cultura somete. Esta compilación reúne con un celo admirable una multitud de observaciones sacadas de los escritores más diversos; va pasando ante el lector todo lo que tiene relación con la cosmología, la geografía, la antropología, la zoología, la botánica, la medicina, la meteorología, la magia y el arte. Todos estos campos de conocimiento tenían su ropia literatura pero nadie antes que él se atrevió a dar una visión general y exponerla en una obra única. En principio la formaban 36 libros aunque en su forma actual, la Historia Natural consta de 37 libros; el primero incluye un prefacio descriptivo y tablas de los contenidos, así como una lista de sus fuentes, que originalmente precedía a cada uno de los libros editados por separado. Este libro fue añadido posteriormente y su confección se debe a Plinio el Joven quien heredó todos sus manuscritos al morir su tío.
La distribución de la obra es la siguiente:
Libro I:Prefacio, tabla de contenidos, y bibliografía
Libro II:Astronomía y meteorología
Libro III:Geografía del Mediterráneo occidental
Libro IV:Geografía del Mediterráneo oriental
Libro V:Geografía de África, Oriente Medio y Turquía
Libro VI:Geografía de Asia
Libro VII:Antropología y Psicología humana
Libro VIII:Zoología de los animales terrestres
Libro IX:Zoología de los animales marinos
Libro X:Zoología, Ornitología o animales aéreos, reproducción animal y los cinco sentidos
Libro XI:Zoología, insectos, Zoología comparada e intento de taxonomía
Libro XII:Botánica, plantas exóticas, perfumes, especias de India, Egipto, Mesopotamia, etc.
Libro XIII:Botánica, incluyendo las plantas acuáticas
Libro XIV:Botánica, la vid y el vino
Libro XV:Botánica, el olivo, el aceite y sus usos, fruta y nogales
Libro XVI:Botánica, incluyendo más árboles y hierbas
Libro XVII:Arboricultura, frutales y zumos
Libro XVIII:Cómo llevar una granja
Libro XIX:Jardinería y plantas ornamentales, más vegetales, hierbas y arbustos
Libro XX:Herboristería, más plantas y arbustos de jardín
Libro XXI:Flores y floricultura
Libro XXII:Botánica, plantas misceláneas
Libro XIII:Botánica, plantas medicinales y propiedades o virtudes de diversas plantas, vinos, vinagres y frutos
Libro XIV:Medicina, propiedades medicinales de árboles y hierbas
Libro XXV:Medicina, propiedades medicinales de hierbas, farmacología
Libro XXVI:Medicina, arbustos medicinales
Libro XXVII:Medicina, hierbas medicinales en orden alfabético
Libro XXVIII:Medicina, usos médicos de productos animales
Libro XIX:Medicina, usos medicinales de productos animales (continuación)
Libro XXX:Preámbulo sobre magia; más usos medicinales de productos animales
Libro XXXI:Medicina, usos medicinales de productos del mar: sales, plantas, esponjas etc.
Libro XXXII:Medicina, usos medicinales de animales marinos
Libro XXXIII:Mineralogía y metalurgia del oro, plata y mercurio
Libro XXXIV: Mineralogía y metalurgia del bronce; estatuaria
Libro XXXV:Mineralogía, usos de la tierra, pigmentos, discusión sobre el arte de la pintura y el uso del sulfuro
Libro XXXVI:Mineralogía, lapidario; escultura, arquitectura, obeliscos, pirámides, laberintos cretenses, arcilla, arena, piedra, vidrio, uso del fuego;
Libro XXXVII:Mineralogía, cristal de roca, ámbar, gemas, diamantes, piedras semipreciosas, etc.
Plinio aparentemente publicó los primeros diez libros por su propia cuenta en el año 77, y se ocupó de revisar y ampliar el resto durante los dos años restantes de su vida. Su trabajo fue probablemente publicado con escasa o ninguna revisión por su sobrino, Plinio el Joven. Al parecer introdujo el libro I que antes mencionabamos en el que compiló los índices y la lista de autores consultados que, en la ordenación del sabio naturalista, iban al comienzo de cada capítulo además de introducir unos leves retoques a la obra. Así en la versión final en la historia de un delfín doméstico y en la descripción de las islas flotantes del lago de Vadimonio (VIII 20, IX 33), parece olvidar que ambas se encuentran en la obra de su tío (II 209, IX 26). La falta de una revisión final puede explicar parcialmente las muchas repeticiones, y algunas contradicciones, errores en los pasajes tomados de los autores griegos, y la inserción de adiciones marginales en lugares incorrectos en el texto.
Casi llegó a terminar su gran obra Naturalis Historia, en la que consiguió reunir gran parte del saber de su época. Este trabajo había sido planificado bajo la dirección de Nerón. Las informaciones que recoge llegan a ocupar no menos de 160 volúmenes, cuando Larcio Licino, el legado pretor de la Hispania Tarraconense, intenta en vano comprarlos por el equivalente a más de 200 000 £ (valor estimado en 2002). Dedicó esta obra a Tito Flavio Vespasiano en el año 77.