Obsahuje přírodovědné předměty  oborů botaniky, zoologie, entomologie, osteologie, paleontologie a geologie.Vznikala od počátku muzea na přelomu 19. a 20. století, sběrnou oblastí dokumentace je chrudimský region.

BOTANIKA

Botanický soubor lze rozdělit na dvě části. Na herbář a na botanické pomůcky. Rok založení herbáře se datuje do roku 1956 a je zaměřen pouze regionálně. Dokumentuje flóru 20. a 21. století. Velkou zásluhu na vzniku herbářů měli především botanikové jako V. Švorc (mechorosty), V. Podroužek a R. Velátová (cévnaté rostliny).

Do druhé části – botanické pomůcky – řadíme jednak velmi malý soubor makromycet, neboli hub tvořících plodnice. Jedná se o sádrové modely hub na dřevěné podložce. V 90. letech pak muzeum získalo unikátní kolekci Arnoldiho modelů odrůd ovoce a modelů hlíz bramboru. Poslední část spadající do souboru botanických pomůcek představuje kolekce vzorků květenství a obilek odrůd obilí a kolekce semen cévnatých rostlin uložených ve skleněných ampulích.

ZOOLOGIE

Zoologický soubor obsahuje vesměs sběry zoologického materiálu z Chrudimska. Převážnou část souboru představují dermoplastické preparáty ptáků. Velkou část ornitologické kolekce muzeum získalo v 50. letech koupí od pardubického preparátora F. Kotka a z pozůstalosti po chrudimském preparátorovi F. Dokonalovi.

 
Menší část zoologického fondu představují dermoplastické preparáty savců. Zastoupeny jsou hlavně drobní savci. Většina sběrů pochází z 20. století. V nedávném období byla sbírka rozšířena o několik desítek párů paroží vysoké zvěře. Nedílnou součástí zoologického souboru jsou dermoplastické a lihové preparáty ryb. Většina preparátů byla získána v 50. letech darem od O. Schütze a rybářského spolku v Chrudimi. Poslední  součást zoologického souboru tvoří menší kolekce ulit měkkýšů.

ENTOMOLOGIE

Bezobratlí živočichové jsou zastoupeni entomologickou kolekcí, obsahující 3560 ks hmyzu. V kolekci jsou zastoupeni motýli (Lepidoptera), brouci (Coleoptera), v menší míře potom blanokřídlí (Hymenoptera) a dvoukřídlí (Diptera). Většina entomologické kolekce byla do muzea darována v 50. letech dlouholetým muzejním spolupracovníkem, entomologem F. Cimburkem a je regionálního charakteru. Z dnes již poměrně vzácných motýlů zde můžeme nalézt např. exemplář otakárka ovocného či exemplář téměř vyhynulého motýla jasoně červenookého.

OSTEOLOGIE
Osteologický materiál čítá 323 kusů předmětů. Obsahuje fosilní pozůstatky, fragmenty kostí, rohů atd. Z dobře zachovalých exemplářů můžeme jmenovat např. kly nebo stoličku mamuta pocházející z Chrudimska, či lebku s rohy buvola afrického pocházející ze starých muzejních fondů, pravděpodobně se jedná o jeden z darů cestovatele Dr. Emila Holuba.

PALEONTOLOGIE

Kolekce zkamenělin je velmi malá. Obsahuje zkamenělé otisky rostlin a živočichů, z větší části druhohorního charakteru. K velmi zajímavým můžeme řadit např. zkamenělý otisk mlže rodu Pecten, jenž žil na písčitém dně při pobřeží druhohorního moře na svazích Železných hor, či otisk mlže rodu Inoceramus, jehož rozměry dosahovaly až 1 m. K neméně zajímavým patří i otisk klepeta druhohorního raka či zkamenělé otisky druhohorní vegetace.

GEOLOGIE

Geologická kolekce dokladuje geologické a petrografické složení území Chrudimska. Tvořena je převážně ukázkami hornin a jiných užitkových nerostů pocházejících z oblasti Železných hor a přilehlé části Českomoravské vrchoviny a z oblasti východočeského křídového útvaru na Chrudimsku. Obsahuje i některé vzorky hornin získaných z kutacích prací geologického průzkumu. V menší míře jsou zastoupeny minerály. Polovina souboru byla získána darem od významného českého geologa RNDr. J. Vodičky v letech 1953–1954. Velkým přínosem byl pro sbírku i dar geologa RNDr. Ladislava Prokopa.