Естественно-историческая коллекция насчитывает более пяти тысяч музейных предметов, представляющих флору и фауну Магаданской области: зоологические, ботанические, палеонтологические и геолого-минералогические материалы, формирующиеся в самостоятельные коллекции.
Зоологическая коллекция включает в себя около двух тысяч единиц хранения, из которых более ста - это чучела птиц, млекопитающих и рыб различных видов, обитающих на территории Магаданской области, некоторые занесены в Красную книгу. Значительную часть составляет коллекция насекомых Северо-Востока.
В ботанической коллекции хранится свыше одной тысячи гербарных листов растений, произрастающих на территории области, а также ботанические сборы, представленные образцами древесных пород, семенами деревьев и кустарников и дереворазрушающими грибами.
Формируется палеонтологическая коллекция, в составе которой образцы палеофлоры и палеофауны, а также остеологический материал мамонтовой фауны.
В составе геолого-минералогической коллекции более полутора тысяч образцов минералов и горных пород, цветного поделочного камня.
Значительную часть коллекции представляют образцы цветного поделочного камня с месторождений Магаданской области и Чукотки: Ольское и Арманское плато, Кремянка, Кедон, Хета, Яканваам, Тахтояма и другие. Образцы минералов и горных пород с месторождений: Дукат, Агатовское, Бохапчинское, Депутатское, Джульетта, Лунное, Майское и др.
