La raccolta di storia naturale costituiva un punto di eccellenza dell'Istituto delle scienze bolognese, capace di unire una tradizione didattica e classificatoria "locale" che risaliva all'insegnamento di Ulisse Aldrovandi (1522-1605) con i più recenti sviluppi europei della disciplina.

Nucleo della collezione sono i reperti naturalistici raccolti da Luigi Ferdinando Marsili (1658-1730), fondatore dell’Istituto delle Scienze, militare e scienziato, nel corso dei suoi ripetuti viaggi in varie regioni europee.

Il presupposto di una natura che opera con regolarità, secondo processi necessari e graduali, si rifletteva nelle diverse sezioni di una collezione che ammetteva solo oggetti e corpi naturali, disposti e classificati secondo criteri capaci di fornire un’immagine attendibile dell’organizzazione e del funzionamento della natura. Poiché il naturalista doveva concentrarsi sulle «generazioni regolari», erano le «serie» di esemplari il nerbo della collezione, mentre perdevano valore i reperti unici e rari.

L’ipotesi classificatoria marsiliana prendeva le mosse dalle pietre, dai fossili, dai minerali; proseguiva con le piante marine e terrestri e si concludeva con gli esemplari del regno animale.
Dopo la metà del secolo, si fecero avvertire presso i naturalisti dell’Istituto, i nuovi orientamenti di A. Vallisnieri, di Buffon, di Ch. Bonnet e di L. Spallanzani, che influenzarono le successive sistemazioni dei materiali.