Естественнонаучная коллекция МВК насчитывает более 1500 ед. хр.

Образующим началом коллекции является зоологический раздел. Исторически ценными экспонатами считаются чучело белого медвежонка – дар руководителя экспедиции 1908 г. на полуостров Ямал зоолога Б. М. Житкова; мумии и глицериновые препараты рыб. В мае 2006 г. фонды пополнились скелетом морского млекопитающего – малого полосатика, найденного на юго-восточном берегу Байдарацкой губы.

Большой интерес у посетителей вызывает палеонтологическая коллекция, в основном представленная костными остатками мамонта, шерстистого носорога, овцебыка, первобытного бизона, дикой лошади. В результате экспедиций 2004-2005 гг. на Гыданский п-ов был собран комплекс находок от одной особи мамонта – почти полный скелет, часть кишечника с замерзшим содержимым, шерсть с правого бока туловища, нижняя часть передней ноги. Уникальным по полноте сохранности в сравнении с предыдущими находками детёнышей мамонта является замороженный труп пятимесячного мамонтёнка, обнаруженного в мае 2007 г. на п-ве Ямал в верховьях р. Юрибей.

Основу геологической коллекции составляют: образцы минералов и горных пород, переданные в 1976 г. Полярно-Уральской геологоразведочной экспедицией; керны и образцы нефти, поступившие в 1984 г. от Гыданской нефтеразведочной экспедиции; агаты с месторождения «Ягодное», поделочный и облицовочный камень, образцы горных пород, минералов и руд Полярного Урала, подаренные Уральским Геологическим музеем в 1997 г.

Научный гербарий МВК состоит из небольших по количеству сборов, осуществленных в 1970-2000-е гг. на Полярном Урале, Гыданском п-ове, в Красноселькупском и Приуральском районе.