Bazele colecției de ornitologie au fost puse în anii '60 și cuprinde în prezent piese naturalizate, balguri, cranii și sternuri. Acestă colecție conservă 3.069 de exemplare care aparțin unui număr de 230 de specii. Exemplarele conservate au fost colectate ca urmare a cercetărilor științifice desfășurate de către specialiștii muzeului în diferite zone biogeografice a României.
Prin cele 230 de specii conservate această colecție este reprezentativă pentru fauna Moldovei. Dintre piesele acestei colecții se remarcă ca piese deosebite exemplarele naturalizate din speciile: Tetrao urogallus (cocoșul de munte), Bubo bubo (bufnița), Acvila heliaca (acvila imperială).
