Sbírky obratlovců vznikly v letech 1938-45 jako dary exponátů ptactva a sbírky vajec
. V letech 1946-50 byly doplněny nákupy kožek ptactva (balky) a akvizicí exponátů ze středních škol a LFUK Hradec Králové. V roce 1951 byla založena studijní sbírka nižších obratlovců, zejména ryb, která byla budována sběrem v terénu. Dermoplastické, osteologické i lihové sbírky jsou průběžně doplňovány i příležitostnými dary a nákupy.
Sbírka obratlovců obsahuje téměř 20 tisíc sbírkových předmětů. Zastoupeny jsou všechny třídy obratlovců. 80% tvoří dokumentační lihové sbírky ryb, které patří k největším souborům tohoto druhu v ČR. Sbírka byla založena v 60. letech kurátorem zoologických sbírek Dr. K. Lohniským. Poměrně rozsáhlé jsou i dermoplastické sbírky ptáků a savců, čítající 1500 vycpanin. Významné jsou zejména studijní sbírky 600 ptačích kožek (balků) a ptačích vajec (900 kusů), založené již v 40. letech dr. Balthasarem. Většina zoologických sbírek pochází z východních Čech, asi čtvrtina je z ostatních oblastí ČR. Srovnávací materiál malého rozsahu je též ze Slovenska, případně jiných evropských zemí, resp. Palearktické oblasti.
Zoologická sbírka dokumentuje vývoj fauny obratlovců východních Čech, její systematický charakter je kompletován i prostřednictvím srovnávacího materiálu z jiných regionů Čech.
Hlavním zdrojem doplňování je systematická dokumentace fauny východních Čech všech zastoupených tříd obratlovců formou vlastních sběrů. Značná část přírůstků je získávána také formou bezúplatného převzetí nálezů uhynulých živočichů. Doplňování sbírek proto probíhá ve spolupráci s jinými regionálními institucemi (správy chráněných krajinných oblastí, Agentura ochrany přírody a krajiny) a dobrovolnými spolupracovníky muzea, zejména členy východočeské pobočky České společnosti ornitologické, rybářských a mysliveckých organizací. Sbírky lihových, osteologických a dermoplastických preparátů jsou průběžně doplňovány i příležitostnými nákupy od soukromých sběratelů.