自然歷史藏品記錄了香港的地質及自然生態的發展歷史和演變。目前，博物館的自然歷史藏品主要包括岩石和礦物標本、貝殼及動物標本三大類。博物館已收藏約2,800件香港岩石和礦物標本，以及超過750件在香港水域內找到的貝殼。館藏的動物標本超過1,600件，包括哺乳類動物、鳥類及蝴蝶。