Em 1894, Emílio Goeldi, dinamizou e implantou coleções seriadas de espécimes animais dos mais variados grupos, abrangendo vertebrados e invertebrados. As coleções zoológicas eram bastante expressivas e tecnicamente bem preparadas, compreendendo exemplares de aves, mamíferos, répteis, anfíbios, peixes, insetos, conchas de moluscos e outras coleções menores. Atualmente, as coleções são organizadas em áreas.

A Coleção de Herpetologia foi iniciada no século XX, abriga uma das maiores amostras de ofídios e lagartos do leste e sul do Pará, além de répteis e anfíbios em geral de toda a Amazônia brasileira

A Coleção de Ornintologia foi iniciada no final século XIX e impulsionada a partir de 1905. Em 1955 já contava com cerca de 14.000 itens. A partir de 1987 foi aumentada com material coletado nos estados do Amapá, Acre e Pará, Maranhão, Mato Grosso e Roraima. É composta de peles, esqueletos, exemplares em meio líquido, ninhos e ovos.

A Coleção de Mastozoologia remonta do final do século XIX quando foram iniciados por Emílio Goeldi. Todos os grandes grupos da área amazônica acham-se representados, destacando-se entretanto os primatas, quirópteros e roedores.

O acervo da Coleção de Invertebrados inclui insetos, aracnídeos, miriópodes, crustáceos e moluscos. Há mais de um milhão de exemplares, entre os insetos alfinetados e conservados em álcool, aranhas em álcool, moluscos (conchas) e amostras da mesofauna de solo. Coleções de valor histórico, como as de Adolfo Ducke, de Roger Arlé e dos Bechyné, são mantidas. Mais de mil espécies da fauna amazônica são representadas por exemplares-tipo (holótipos e parátipos). O acervo é aberto a pesquisadores para consulta e para deposição de material que documenta suas pesquisas.

Os estudos ictiológicos e limnológicos foram iniciados em 1932 por Carlos Estevão. As pesquisas voltam-se à reprodução intensiva de espécies de peixes da região, incluindo os ornamentais. O acervo é composto por exemplares em meio líquido.

Herpetologia	48.921 exemplares
Ornintologia	67.149 exemplares
Mastozoologia	26.164 exemplares
Entomologia	1.629.150 exemplares
Ictiologia	35.500 exemplares