L’ensemble des collections représente l’histoire du musée et les recherches menées par les naturalistes à la fois sur le territoire local et dans des territoires lointains. De nombreuses collections sont issues de recherches naturalistes locales, constituant un témoignage physique et une mémoire historique du territoire et de sa transformation dans le temps. D’autres collections, dont la plupart proviennent de dons, sont, en revanche, le fruit de voyages et d’expéditions à la découverte de terres inconnues, et ont un caractère paléontologique, ethnologique, anthropologique, géographique. La typologie des collections présentes dans le Musée représente également les compétences du personnel scientifique : nombreuses sont les collections zoologiques, notamment, les collections entomologiques (la collection d’hyménoptères est une des plus grandes au monde), ornithologiques et malacologiques ; les herbiers antiques, les collections d’algues, la collection mycologique, revêtent une importance particulière dans le domaine botanique. Les collections scientifiques sont donc le véritable noyau de toutes les activités menées par le Musée d’histoire naturelle. Elles sont liées à la fois aux activités de recherche scientifique, et aux activités didactiques et naturellement d’exposition. Le patrimoine scientifique du Musée compte plus deux millions de pièces ; au noyau d’origine, constitué des collections naturalistes appartenant au Museo Correr et à l’Institut de littérature et de sciences de l’art de Vénétie, d’autres collections ont été ajoutées grâce à des dons, des dépôts ou des acquisitions. Outre les collections historiques Olivi, Contarini, Nardo, Trois, Spinelli, Zanardini, Innocente, A.P. Ninni, E. Ninni, etc., on trouve, pour ne nommer que les principales, la collection entomologique Giordani Soika (1983), la collection Bisacco Palazzi (1986), la collection malacologique Cesari (1993) et, plus récemment, la collection Ligabue et la collection ornithologique Perale. Il faut également mentionner les collections d’ethnologie africaine de Miani, De Reali et Forin. Le catalogage des collections est effectué dans le programme régional de catalogage des collections naturalistes et dans la base de données CollMap, ainsi que dans une base de données à usage interne. Les pièces individuelles sont également incluses dans le catalogue informatisé du musée (Catalogue Informatisé des Collections), contenant les principales données.