Sciences naturelles
Le musée est connu pour ses collections de mammifères africains, asiatiques et nord-américains, pour une reconstitution grandeur nature d’une baleine bleue suspendue dans le hall des océans, mais aussi une authentique pirogue de guerre Haida longue de vingt mètres, peinte et sculptée. On peut également y admirer le Star of India, qui est le plus gros saphir bleu du monde. Un étage complet est consacré à l’évolution des vertébrés, en présentant notamment l’histoire des dinosaures.
Les collections abritent plus de 30 millions de spécimens, ses collections d’insectes et de fossiles sont parmi les plus riches du monde. Le Muséum est également un centre de recherche notamment en anthropologie, astronomie, entomologie et autres branches traitant des invertébrés, ornithologie, herpétologie, ichtyologie, mammalogie, minéralogie et en paléontologie des vertébrés.
Hall de la vie sous-marine
Mammifères nord-américains
Hall de la biodiversité
Petits mammifères
Oiseaux du monde
Mammifères africains (gorilles, gazelles...)
Oiseaux d'océans
Primates
Reptiles et amphibiens
Forêts de l'Amérique du Nord : déserts, haute montagne, bayou...
Environnement de l'État de New York
Mammifères de l'État de New York
Oiseaux de la ville de New York
Oiseaux d'Amérique du Nord
Hall des météorites
Hall des minéraux
Hall du souvenir Morgan (pierres précieuses)
Évolution et biologie humaine : hologrammes, squelettes...
Cultures et civilisations humaines
Les collections anthropologiques sont également remarquables :
- Peuples africains, asiatiques et du Pacifique
- Collections sur les indiens d'Amérique : Mexique, Amérique centrale et peuples sud-américains (Amazonie, Pérou).
La bibliothèque du muséum est riche de 485 000 volumes et dispose aussi d’un fond important de photographies, de films et de manuscrits. Le muséum fait paraître le fameux mensuel Natural History Magazine qui recevait notamment les chroniques de Stephen Jay Gould (1941-2002).
Rose Center for Earth and Space
À côté du musée se trouve le Hayden Planetarium, qui fait maintenant partie du Rose Center for Earth and Space, installé dans un cube de verre conçu par James Stewart Polshek. La bibliothèque de cette partie du Muséum compte 10 000 volumes sur l'astronomie. Le centre a ouvert en 2000 et offre aux visiteurs un voyage au cœur de l'univers. Le planétarium est le lieu d'une projection en 3D d'un spectacle sur le big bang et sur les différentes échelles du cosmos.