Die zoologische Sammlung des Centrums für Naturkunde gehört bundesweit zu den bedeutendsten fünf naturkundlichen Sammlungen (die marine Sammlung ist sogar die drittgrößte in Deutschland). Sie bildet zusammen mit den Sammlungen anderer naturkundlichen Sammlungen ein globales Netzwerk des Naturerbes und enthält Informationen, die Wissenschaft und Gesellschaft in vielen Bereichen zugutekommen. Das Zoologische Museum Hamburg ist in seiner heutigen Form ein Ergebnis der reichen wissenschaftlichen, geschichtlichen und kulturellen Traditionen seiner Heimatstadt Hamburg.

Obwohl die zoologischen Sammlungen während der Bombardierung 1943 große Verluste erlitten haben, sind substantielle historische Bestände gerettet worden. Sie bildeten den Grundstock für einen intensiven Ausbau der wissenschaftlichen Sammlungen durch die Kuratoren. Die Sammlungen verfügen heute über geschätzt zehn Millionen zoologische Sammlungsstücke. Diese Zahl, kombiniert mit dem zum Teil exzellenten Erhaltungszustand der Sammlungen und den zahlreichen Typus-Serien, belegt die große Bedeutung der zoologischen Sammlungen des Hamburger Centrums für Naturkunde. Bestimmte Teile der Sammlung zählen zu den wichtigsten Sammlungen ihrer Art weltweit: die Sammlungen der Wenigborster, Vielborster, Krebstiere, Milben, Manteltiere und Fische und Huftiere.

Die zoologische Sammlung des Centrums für Naturkunde beinhaltet folgende Sammlungsbereiche:
- Arachnologie
- Entomologie
- Herpetologie
- Ichthyologie
- Malakologie
- Mammalogie
- Ornithologie
- Wirbellose I
- Wirbellose II
- Biobank