东北师大自然博物馆的标本收藏以反映长白山的自然状况为主，收藏有比较完整的长白山蝶类标本、鸟类标本、兽类标本、药用动植物标本和土壤标本。同时也收藏有国内外其他地域的自然标本，如国家一级保护动物金丝猴、长臂猿、紫貂、云豹、豹、东北虎、白唇鹿、梅花鹿、白鹤、金雕、褐马鸡、绿孔雀、丹顶鹤、大鸨、巨晰、蟒、扬子鳄、中华鲟；国家二级保护动物穿山甲、黑熊，棕熊、小熊猫、水獭、猞猁、马鹿、驼鹿、黄羊、雪兔、斑嘴鹃鹏、天鹅、鸳鸯、红脚隼、黄爪隼、游隼、红隼、灰背隼、燕隼、花尾榛鸡、蓝马鸡、白冠长尾雉、灰鹤、蓑羽鹤、草鸦、纵纹角鸮、红角鸮、普通雕鸮、长尾林鸮、长耳鸮、犀鸟、蚋龟、大鲵、文昌鱼等。国家二级保护植物温泉瓶尔小草、刺参；国家三级保护植物草苁蓉、水曲柳、平贝母、天麻、核桃楸、黄檗、樟子松、长白松、长白柳等。收藏的国外动物标本有企鹅、驼鸟、长颈鹿、斑马、北美海狮、非洲狮、黑猩猩、还有一件德国巴伐利亚州博物馆赠予我馆的始祖鸟模型。而且，东北师大自然博物馆对古生物标本也有丰富的收藏，主要有凌源中国水生蜥化石、龟化石、多种昆虫化石、植物化石、鹦鹉嘴龙骨架化石、亚洲最完整的原始牛骨架化石、猛犸象骨架化石、披毛犀骨架化石、被鬣狗啃咬过的披毛犀前肢骨化石（其鬣狗的齿痕清晰可见）、象的肋骨（其中间愈合部分表明它曾受过伤）以及恐龙蛋化石、猛犸象牙齿化石等等，这些珍贵化石都再现了当时的生活场景。
