Естественно-научное собрание музея-заповедника насчитывает более 10 тысяч музейных предметов и состоит из нескольких коллекций. В энтомологической коллекции собраны бабочки и жуки, обитающие на территории края. Териологическая и орнитологическая коллекции объединяют кладки птиц, а также чучела и тушки животных и птиц рязанского региона. Ботаническая коллекция содержит гербарный материал растений лугов и водоемов области. Наибольший интерес представляет палеонтологическая коллекция: кости мамонта, носорога, гигантского оленя, тура.