Opiekun działu: mgr Ewa Przybysz
Kolekcjonerstwo przyrodnicze w tomaszowskim Muzeum ma około 60-letnią tradycję. Należy nadmienić , że od powstania Muzeum zbierano okazy przyrodnicze. Po wojnie zachowały się 64 eksponaty. W 1952 roku został powołany do życia dział przyrodniczy. Pierwszym pracownikiem tworzącym dział był pan Jerzy Sosnowski. Gromadził okazy zwierząt i roślin ze środkowego dorzecza Pilicy, organizował wystawy i przeprowadzał prelekcje dla szkół. Obecnie dział przyrodniczy liczy około 10tys. eksponatów.
Najliczniejszy jest dział entomologiczny liczący 5748 okazów. Tylko niewielka część tego zbioru eksponowana jest na wystawie stałej, prezentującej faunę środkowego dorzecza Pilicy. W magazynie mieści się wspaniała i bardzo cenna kolekcja krajowych owadów. Są to motyle środkowego dorzecza Pilicy pozyskane przez pana Zygmunta Śliwińskiego- znanego entomologa, w latach 1970 - 75. W 1994 roku nabyliśmy kolekcję owadów nieżyjącego już pana T. Kamińskiego z Łodzi, który zbierał biedronki, biegacze, kózki z Wyżyny Łódzkiej. Zbiór biedronek liczy ponad 800 okazów należących do 31 gat., kózek ponad 1200 okazów - 62 gatunki i biegaczy ponad 500 okazów - 60 gatunków.
Dominująca część zbioru kręgowców jest eksponowana na wystawie stałej.
W magazynie znajduje się wspaniała kolekcja parostków sarny, wieńcy jeleni w sumie 190 eksponatów. Są tu bardzo ciekawe zdeformowane parostki tzw. myłkusy. Kolekcja parostków i wieńcy pochodzi z nieistniejącego już Oddziału Łowiecko-Przyrodniczego Muzeum Okręgowego w Piotrkowie Tryb. Większość parostków pozyskana była z naszych terenów łowieckich.
Na uwagę zasługuje kolekcja jaj ptaków , należąca do pana Czesława Rosiewicza z Iłży. Jaja zbierane w latach 1911 - 1977 , głównie z woj. kieleckiego. Zbiór liczy ponad 2tys. jaj należących do 120 gat. ptaków. Są to zniesienia z pełną dokumentacją naukową.
Cenny jest zielnik zawierający 283 gatunki roślin należących do 66 rodzin. W magazynie przechowywane są zbiory paleontologiczne – 276 skamielin. Ponad 120 skamieniałości to dar Andrzeja Walesińskiego z Tomaszowa Maz.
W magazynie przechowywane są nieliczne okazy fauny zagranicznej.
Są to tropikalne motyle, muszle ślimaków z Prowincji Indopacyficznych, muszle małży z Morza Śródziemnego, rogi bawoła , antylopy oraz spreparowany młody krokodyl nilowy i pingwin Humboldta.