館內擁有28萬余件藏品，包括來自華東地區乃至全國及世界各地的自然界和人類歷史遺物，分別隸屬于植物、動物、古生物、地質及人文五大類，其中植物標本15萬余件，哺乳動物標本4千余件，魚類、鳥類、兩棲爬行類各1萬余件，昆蟲標本近3.3萬件，其他無脊椎標本5萬余件，地質標本5千余件，古生物8千余件，人文民俗類3500余件。

　　除了實體場館之外，上海自然博物館還有一套以導覽和教育為主要功能的網上博物館應用系統，包括網站、APP和微信三大應用模塊。系統通過基于位置感知的漫游式WiFi定位，融合增強現實、交互體驗等新媒體技術開發的資源，向公眾提供實時智能導覽和教育服務。觀眾可以在展覽現場通過APP進行實時學習，與專家進行在線交流討論，設定主題參觀路線，根據任務尋找感興趣的化石標本，并且可以在離開博物館后通過博物館網站查詢游覽記錄。系統支持PC、手機、PAD等多終端訪問，通過用戶UGC模式和專家PGC模式結合的方式，實現在線資源的自生長。