L’insieme delle collezioni rappresenta la storia stessa del Museo e delle ricerche condotte dai naturalisti sia in ambito locale, che in territori lontani. Molte raccolte originano da ricerche naturalistiche in ambito locale, costituendo la testimonianza fisica e la memoria storica del territorio e della sua trasformazione nel tempo. Altre, che per la maggior parte provengono da donazioni, sono invece frutto di viaggi e spedizioni alla scoperta di terre sconosciute e hanno carattere paleontologico, etnologico, antropologico, geografico.

La tipologia delle collezioni presenti in Museo rappresenta anche le competenze proprie del personale scientifico: numerose sono le collezioni zoologiche, in particolare quelle entomologiche (la raccolta di imenotteri è una delle maggiori al mondo), ornitologiche e malacologiche; di particolare rilievo in ambito botanico sono gli antichi erbari, gli algari, la raccolta micologica.

Le collezioni scientifiche costituiscono quindi il vero nucleo centrale di tutte le attività svolte dal Museo di Storia Naturale. A esse si ricollegano tanto le attività di ricerca scientifica, quanto quelle didattiche e naturalmente espositive.

Il patrimonio scientifico del Museo consta di oltre due milioni di pezzi; al nucleo originario, costituito dalle collezioni naturalistiche di proprietà del Museo Correr e dell’Istituto Veneto di Scienze Lettere ed Arti, si sono aggiunte altre raccolte per donazioni, depositi o acquisizioni. Oltre alle storiche collezioni Olivi, Contarini, Nardo, Trois, Spinelli, Zanardini, Innocente, A.P. Ninni, E. Ninni, ecc. sono presenti, per nominare solo le maggiori, la collezione entomologica Giordani Soika (1983), la collezione Bisacco Palazzi (1986), la collezione malacologica Cesari (1993) e, più recentemente, la collezione Ligabue e la collezione ornitologica Perale. Da ricordare inoltre le collezioni etnologiche africane di Miani, De Reali e Forin.

La catalogazione delle raccolte viene effettuata nel programma regionale di catalogazione delle collezioni naturalistiche e nel database CollMap, oltre che in un database ad uso interno. I singoli reperti vengono inoltre inseriti all’interno del catalogo informatizzato del Museo (Catalogo Computerizzato delle Collezioni), riportandone i dati principali.