Per estensione e qualità delle collezioni esposte e conservate è uno dei musei zoologici più importanti d'Italia. Al nucleo originario della raccolta, costituito dalle collezioni di Aldrovandi, Cospi e Marsili, si aggiunsero nel corso dell'Ottocento e della prima metà del Novecento nuove acquisizioni. Attualmente al piano terra sono esposte le collezioni ornitologiche, i trofei africani e i diorami. Al primo piano si trovano le raccolte sistematiche dei più importanti gruppi animali e la collezione Altobello comprendente anfibi, rettili e mammiferi. Insieme al Museo di Anatomia Comparata e al Museo di Antropologia, ubicati nella stessa sede, compone il Museo dell'Evoluzione