自然歷史館收藏許多香港本地物種的動物標本，並收藏著瀕危的已知種源或極度稀有的非本地物種標本。

自然歷史收藏於1994年本園開展新使命時創立。收藏工作儲存和保護了珍貴的動物標本，以加強對本地生態和生物多樣性的理解為目的，並供未來研究工作之用及讓來訪的科學家檢視。在2010年設立的野生動物基因庫計劃，現與自然歷史收藏計劃並行。其目的是儲存取自香港本地物種，和瀕危的已知種源或極度稀有的非本地物種動物身體組織作基因樣本。野生動物基因計劃也促進了與物種來源有關的遺傳研究，其檢測結果有助本園的野生動物拯救中心處理所接收到的活體動物，例如，檢定個別動物是否屬於香港本地物種，並考慮放歸野外，或為非本地物種尋找其他安置方案。

除了野生動物拯救中心和野生蛇類拯救計劃提供了大部份的標本外，部份標本由漁護署、市民大眾，或來自本園職員發現的動物屍體提供。而野生動物基因計劃會在實際可行或無害(對活體動物而言)的情況下，採集香港本地物種、瀕危的已知種源或極度稀有非本地物種的組織樣本。

現時，我們收集到大約二千個不同個體的樣本，其中大部份來自鳥類、爬行類或哺乳類動物。當中並不包括我們受託長期保管或捐贈與本園的許多無脊椎動物標本。