Насчитывает 1331 произведений монументальной скульптуры и малой пластики, выполненные в гипсе, мраморе, керамике, фарфоре, терракоте, шамоте, дереве, бронзе и других металлах.
Среди произведений монументальной скульптуры выделяются работы В.А. Ватагина, К.К. Флерова и В.В. Трофимова. Это гипсовые скульптуры различных животных, как ископаемых, так и ныне живущих, выполненные, как правило, в натуральную величину. Эти произведения отличает безупречная научная достоверность, красота позы и форм, изящество линий. Очень интересна обширная серия реконструкций первобытного человека (бюсты), выполненных в натуральную величину в тонированном гипсе М.М. Герасимовым, многие из которых можно увидеть в экспозиции музея.
С начала восьмидесятых годов XX века в музее собирается коллекция малой анималистической пластики. В нее вошли произведения В.В. Трофимова, А.В. Марца, А.М. Белашова, М.Г. Островской, Д.Я. Успенского, Б.Я. Воробьева, Г.Н. Попандопуло, О.В. Малышевой, А.С. Цветкова, С.А. Казанского, С.Е. Пешехонова и других авторов. Экспонаты этой коллекции часто используются на различных выставках, проводимых музеем.