Die naturwissenschaftliche Sammlung umfasst etwa 500.000 Objekte sowie Fotos, Dias, Karten, Glasplatten und Filme und entstand mit der Gründung des Museums 1895. Sie präsentiert ein umfangreiches Archiv des Lebens und des Wissens aus über vier Milliarden Jahren Erd- und Lebensgeschichte, welches generationenübergreifend bewahrt, erweitert und vermittelt wird. Die Objekte veranschaulichen Entwicklung des Lebens über lange Zeitepochen und ermöglichen Vergleiche und Voraussagen. Ihre Digitalisierung erlaubt eine intensive Vernetzung von Forschenden und schafft die Möglichkeit zur Bearbeitung immer neuer Fragen.
Die Sammlung hat durch die Forschungsreisen der Museumsgründer Dr. Adolf Fritze und Dr. Hugo Ficke, die zahlreichen aktiven Aufrufe an die Bevölkerung zu Schenkungen sowie die gezielten Ankäufe sowohl regionalen als auch internationalen Charakter. Alle Bereiche der Naturkunde wie Geologie/Mineralogie, Paläontologie, Zoologie, Botanik und Pilzkunde werden über diverse Teilsammlungen in unterschiedlichem Umfang präsentiert.
Wegen ihrer regionalen Orientierung sind die zoologischen Bestände besonders bedeutend. Die biologische Vielfalt Südwestdeutschlands wurde teilweise über ein Jahrhundert lang dokumentiert. Hier wird deutlich, wie sich Lebensräume allmählich verändern oder gar verschwinden, was die Entwicklung des Lebens in dieser Region anschaulich macht.
Die Aufarbeitung, Sichtbarmachung und Digitalisierung der Sammlungen im Museum Natur und Mensch ist ein zeitintensiver und dauerhafter, äußerst wichtiger Prozess. Er ist die Grundlage für die Arbeit mit den Objekten und die Vermittlung über Ausstellungen.

