馆内拥有28万余件藏品，包括来自华东地区乃至全国及世界各地的自然界和人类历史遗物，分别隶属于植物、动物、古生物、地质及人文五大类，其中植物标本15万余件，哺乳动物标本4千余件，鱼类、鸟类、两栖爬行类各1万余件，昆虫标本近3.3万件，其他无脊椎标本5万余件，地质标本5千余件，古生物8千余件，人文民俗类3500余件。

　　除了实体场馆之外，上海自然博物馆还有一套以导览和教育为主要功能的网上博物馆应用系统，包括网站、APP和微信三大应用模块。系统通过基于位置感知的漫游式WiFi定位，融合增强现实、交互体验等新媒体技术开发的资源，向公众提供实时智能导览和教育服务。观众可以在展览现场通过APP进行实时学习，与专家进行在线交流讨论，设定主题参观路线，根据任务寻找感兴趣的化石标本，并且可以在离开博物馆后通过博物馆网站查询游览记录。系统支持PC、手机、PAD等多终端访问，通过用户UGC模式和专家PGC模式结合的方式，实现在线资源的自生长。