Depuis sa création en 1819, le Muséum n'a pas cessé son activité : accroissement des collections, modifications apportées par les différents directeurs, nombreuses activités scientifiques. Son histoire est fortement liée à celle du Jardin zoologique, créé en 1854, dont les hôtes trouvent une seconde vie dans les collections.

Collections historiques, patrimoniales et/ou scientifiques, le Muséum couvre les disciplines traditionnelles des muséums d'histoire naturelle.Les plus anciennes sont issues des Cabinets de curiosité du XVIIIème. Elles ont été enrichies au fil des années par des dons de négociants, d'armateurs, de scientifiques naturalistes locaux au renom international, des échanges et des achats, illustrant la vie politique, économique et scientifique de la Ville de Marseille depuis près de deux siècles.

Les collections de Zoologie (83.660 spésimens)
La collection de conchyologie regroupe le plus grand nombre de spécimens. 45 000 coquilles de mollusques marins et continentaux du monde, dont les collections Couturier, Mars, Hagenmüller...
300 grands spécimens de mammifères sont principalement visibles dans les salles d'exposition.
Les poissons, reptiles, oiseaux, petits mammifères, en os, plumes, poils, écailles, alcool représentent quelque 12 000 spécimens, dont la fameuse collection Jaubert du début du XIXème, utilisée par Barthélemy de la Pommeraye, pour son ouvrage «Ornithologie de Provence», la collection de crâne de Beltrami, et la collection de poissons résultant de campagnes de recherche Ifremer.
Enfin, 1500 boîtes d'Entomologie, regroupant plusieurs milliers d'espèces, constituent un axe majeur des collections du Muséum, avec de nombreux types, et reflètent la richesse régionale et méditerranéenne, comprenant les collections Bigot, Buvat et Condrillier.