Основой экспозиции является орнитологическая коллекция М.А. Радищева (около 250 единиц). Большая часть - это представители  фауны Хвалынского уезда рубежа XIX - XX вв. Прекрасная сохранность, при том, что экспонатам более 100 лет.
Экспозиция отдела природы построена по диорамному принципу. Живописные фоны для сцен из жизни животных писал известный художник-оформитель Шептунов Виктор Илларионович.
Древняя история края отражена в богатой коллекции костяков животных: скелет мамонта, череп шерстистого носорога, череп бизона, верблюда и исполинского оленя.

В Отделе Природы также действуют временные тематические выставки.