Le troisième volume, de 779 pages, d'Historiae animalium est consacré aux Oiseaux. Il paraît d'abord en latin en 1555 et est traduit en allemand en 1557. Gessner avait le projet d'en réaliser une version française mais sa mort prématurée ne lui en laisse pas le temps.
Contrairement à l'ouvrage de Pierre Belon, Gessner classe les espèces qu'il décrit de façon alphabétique. Même s'il cite abondamment les auteurs classiques, il montre, par ses références personnelles, qu'il a observé lui-même ses animaux dans la nature. À l'occasion, il rectifie même des erreurs passées. Ainsi il corrige Aristote lorsque celui affirme que le rouge-gorge et le rossignol ne sont que deux formes saisonnières (l'une hivernale, l'autre estivale) du même oiseau. Son livre, cependant, contient encore de nombreux faits erronés (le rossignol se tiendrait ainsi caché tout l'hiver). Il présente aussi quelques espèces relevant de légendes.
Il distingue ainsi fort bien les différentes espèces de merles : le merle noir (Turdus merula), le merle à plastron (Turdus torquatus), la grive litorne (Turdus pilaris)... Mais il bute sur la reconnaissance de nombreuses autres.
Gessner distingue 217 espèces d'oiseaux, chacune illustrée par une gravure sur bois. Il décrit l'apparence externe, l'anatomie, la distribution, le comportement, son usage dans la littérature ou sa place dans la mythologie.
Son ouvrage le plus célèbre est son Historia animalium, qu'il commence à publier en 1551. Le dernier volume, posthume, paraîtra 22 ans après sa mort. Il s'agit certainement du plus important ouvrage de zoologie qui fut jamais publié, c'est pour cette raison qu'il fut surnommé le « Pline suisse ». Même si son ouvrage suit encore l'ordre alphabétique, il propose une embryonnaire taxinomie et emploie une appellation latine de deux mots, le premier, le genre suivi d'un qualificatif, système qui sera plus tard suivi par d'autres naturalistes comme Rudolf Camerarius et surtout Carl von Linné. Pour Georges Cuvier, il est le premier zoologiste des temps modernes et sera souvent copié par ses successeurs.
Dans cette Histoire des animaux, œuvre immense de 3 500 pages, chaque espèce est décrite suivant huit chapitres. Gessner donne son nom dans différentes langues (vivantes ou mortes), son habitat et son origine ainsi que sa description anatomique, sa physiologie, les qualités de son âme, les divers usages que l'on peut en tirer, son intérêt alimentaire et médicale, ainsi que son utilisation par les poètes et les philosophes...
Il regroupe les animaux en plusieurs groupes : les animaux quadrupèdes vivipares et ovipares, les oiseaux, les poissons de mer, les poissons d'eaux douces et tous les animaux qui ne sont pas cités par ailleurs (et parmi lesquels on trouve des poissons, les crustacés, les testacés, les insectes, les amphibiens, ainsi que l'hippopotame, la loutre, le castor). La partie sur les poissons est tirée des travaux de deux de ses contemporains : Guillaume Rondelet (dont il a suivi les cours à Montpellier) et Pierre Belon.
Sa classification ne repose pas sur une base très solide et reprend, pour l'essentiel les catégories populaires. Gessner est probablement conscient de son impossibilité à établir une classification cohérente et opte pour un ordre alphabétique.
Ses descriptions zoologiques (ou botaniques) sont complétées aussi souvent que possible par des illustrations. Celles-ci constituent peut-être l'aspect le plus original de son œuvre. Elles jouent un rôle fondamental dans la reconnaissance des espèces citées. Il rassemble 1 500 gravures, la plupart originales et signées par Lukas Schan, les autres proviennent surtout de l'œuvre de Leonhart Fuchs. Mais la mort soudaine de Gessner l'empêche de publier son Historia. Il confie à son ami Kaspar Wolf le soin de la faire paraître. Wolf peut publier certaines illustrations mais finit par vendre le tout à Joachim Camerarius le Jeune qui utilise ses gravures dans ses propres travaux. Bon nombre d'entre elles sont perdues, d'autres ont été retrouvées dans la bibliothèque de l'université d'Erlangen.
Il mentionne aussi des animaux fabuleux comme la licorne, des monstres marins, l'hydre à sept têtes. Ceux-ci étant signalés par les auteurs anciens, Gessner ne les remet pas entièrement en doute. Ce n'est que peu à peu, que les naturalistes vont mettre en doute l'existence de ces créatures mythiques.