El núcleo original era la colección de 500 cráneos del doctor Velasco, a la que posteriormente se le han ido añadiendo otros muchos elementos como los cráneos deformados de Perú y Bolivia, traídos por la Comisión científica del Pacífico (1862-66), algunos esqueletos humanos (entre los que destaca el del Gigante Extremeño -nacido en Puebla de Alcocer, Badajoz-, Agustín Luengo Capilla) y de simios, cuatro momias andinas y hasta 2015 una guanche, procedente del Real Gabinete de Historia Natural, cedida en depósito desde esa fecha al Museo Arqueológico Nacional.