北海道に自生する植物を中心に、約5万点のさく葉標本（押し葉標本）が収蔵されています。代表的なコレクションとしては、『北海道植物図譜』の著者である滝田謙譲氏の北海道産植物標本コレクション、『樺太植物誌』の著者で戦前のサハリンで精力的に植物標本を採集した菅原繁蔵氏の標本群、植物園内で採集された自生種・栽培種の標本群が挙げられます。また、植物園教職員や農学部・農学院植物生態・体系学研究室在籍の学生・院生が研究のために採集した標本、研究者などから寄贈を受けた標本、他博物館等との標本交換事業によって得られた標本も数多く収蔵されています。
　植物関係の標本は他に蘚苔・地衣類、種子標本、材鑑標本が収められています。蘚苔類標本は、滝田謙譲氏採集の北海道産ミズゴケ属植物コレクション、橘ヒサ子氏採集の湿原性蘚苔類コレクションなどが収蔵されています。また、植物園内で台風などによって倒れた樹木の材鑑標本、園内採集の植物種子標本なども収蔵しています。

　北方域を中心とした哺乳類の剥製・毛皮・骨格標本約15,000点を所蔵しています。主要なコレクションとして、阿部永氏収集の食虫類・げっ歯類標本9,000点、明治期に収集されたニホンカワウソやエゾオオカミの剥製、犬飼哲夫が収集した北海道内各地のヒグマ頭骨などが大きなコレクションとして保管されています。

　北海道、サハリンなど北方域の鳥類標本約12,000点を所蔵しています。「ブラキストン線」の提唱者であるT. W. ブラキストン（Blakiston）が日本に残した標本や、村田荘次郎による樺太動物調査採集標本など、明治初期から現在に至る各年代の標本が含まれています。

　初代植物園長である宮部金吾博士の遺品を所蔵しています。研究・教育に関する資料、札幌農学校初期の写真資料や植物園に関係する資料などがご遺族から寄贈されました。

　アイヌ民族を中心とした北方域の諸民族の文化資料約25,000点を所蔵しています。開拓使の時代に収集された資料や昭和初期に名取武光らによって収集された資料が中心になっています。銛先（キテ）のコレクションや、熊送り関連の資料などが充実しています。

　昭和初期に名取武光を中心としたスタッフによって北海道内各地の遺跡から発掘された遺物や、札幌農学校時代に小樽で発掘された資料などおよそ10,000点を所蔵しています。

　開拓使の博物館時代に収集された歴史資料や絵画資料が所蔵されています。開拓使が内国勧業博覧会や万国博覧会に出品した際の賞状やメダル、出品物や、北海道の地質調査を依頼したライマンによって収集された岩石標本など、日本の博覧会史や北海道の歴史や博物館史にとって重要な資料が数多く残されています。