Samlingen omfatter over 70 millioner gjenstander fordelt på fem hovedsamlinger: botanikk, entomologi, mineralogi, paleontologi og zoologi. I tillegg til museumsdriften er Natural History Museum et verdenskjent forskningssenter, med taksonomi, identifisering og konservering som spesialiteter. Mange av gjenstandene har i tillegg til den vitenskapelige verdien også betydelig historisk verdi, som blant annet eksemplarer som ble samlet inn av Charles Darwin.