El conjunto de colecciones representa la historia del Museo y la investigación realizada por los naturalistas tanto en el área local como en territorios lejanos. Muchas colecciones se originan a partir de investigaciones naturalistas en ámbito local, constituyendo el testimonio físico y la memoria histórica del territorio y su transformación a lo largo del tiempo. En cambio, otras, que en su mayoría provienen de donaciones, son el resultado de viajes y expediciones para descubrir tierras desconocidas y tienen un carácter paleontológico, etnológico, antropológico y geográfico. El tipo de las colecciones del Museo también representa las habilidades del personal científico: numerosas son las colecciones zoológicas, en particular, entomológicas (la colección de himenópteros es una de las más grandes del mundo), ornitológicas y malacológicas. De especial importancia, en campo botánico, son los antiguos herbarios, los algares, la colección micológica.

Por lo tanto, las colecciones científicas son el núcleo central de todas las actividades llevadas a cabo por el Museo de Historia Natural. A ellas están vinculadas actividades de investigación científica y didáctica y, por supuesto, de exposición. El patrimonio científico del Museo consta de más de dos millones de piezas; al núcleo original, formado por las colecciones naturalistas de propiedad del Museo Correr y el Istituto Veneto di Scienze Lettere ed Arti, se añadieron otras colecciones a través de donaciones, depósitos o adquisiciones. Además de las colecciones históricas Olivi, Contarini, Nardo, Trois, Spinelli, Zanardini, Innocente, A. P. Ninni, E. Ninni, etc., se encuentran, citamos solo las mayores, la colección entomológica Giordani Soika (1983), la colección Bisacco Palazzi (1986), la colección malacológica Cesari (1993) y, más recientemente, la colección Ligabue y la colección ornitológica Perale.

También son dignas de mención las colecciones etnológicas africanas de Miani, De Reali y Forin. La catalogación de las colecciones se lleva a cabo en el programa regional para catalogar las colecciones naturalistas y en la base de datos CollMap, además de en una base de datos para uso interno. Los hallazgos individuales también se incluyen en el catálogo computarizado del Museo (“Catálogo Informatizado de Colecciones”), citando sus datos principales.