Початок формування музейної збірки припадає на першу половину ХІХ ст. Основу перших колекцій складали зоологічні і ботанічні збори В.Дідушицького, а також породи і мінерали з Татр та викопна фауна юрського періоду (понад 8000 екз.) із Західних Карпат і Кєлєцько-Сандомирського кряжу Л.Цейшнера. Старий гербарій сформувався з колекцій Ф.Гербіха, Е.Шауера, В.Шембека, Г.Лобажевського, А.Ремана, А.Анджейовського, А.Завадського, А.Гоборського, В.Тинецького, Е.Турчинського, Ф.Шура та ін. Орнітологічні збори належали Е.Шауеру, К.Водзіцькому, А.Коціану. До музейних зборів додалися ентомологічні матеріали М.Новицького, колекція третинної флори Передкарпаття і міоценової флори Свошовіц палеоботаніка Ф.Унгера, геологічні і палеонтологічні збори з околиць Львова С.Плахетка та ін. Найстаріші музейні предмети належать професору Львівського університету Н.Вітману. Це гербарні зразки, які датуються 1807 і 1811 рр.
Наприкінці австрійського і у польському (1918-1939) періодах розвитку музею його фонди значно поповнилися ботанічними зборами В.Шафера, М.Цінгера, М.Раціборського, Й.Мондальського, Т.Вільчинського, М.Пригродського, Б.Павловського, Ю.Валаса, А.Сьродоня, Г.В.Козія, Є.Г.Іваницького; палеонтологічними матеріалами Я.Новака, Й.Семірадського, В.Фрідберга, Е.Незабитовського, В.Рогаля, М.Ломницького, Я.Ломницького, Й.Гжибовського, Я.Байгера; зоологічними колекціями Б.Котули, Й.Дзєндзєлєвича, Й.Бонковського, І.Верхратського, А.Штекля, К.Ганкевича, А.Січа, Б.Дибовського та інших науковців.
Після розформування в 1940 р. Природничого музею Наукового товариства ім. Т.Г.Шевченка музей збагатився цінними колекціями плейстоценової фауни, мінералів і корисних копалин заходу України та Центральної Європи, комах І.Верхратського, гербарними зборами О.Волощака, Ф.І.Фотинюка та ін.
У період перебування музею в підпорядкуванні Національної академії наук України наукові фонди значно поповнилися гербарними зборами, палеонтологічними колекціями і колекціями безхребетних тварин. Був створений фонд ґрунтів.
