Questa collezione comprendeva in origine tutti i preparati di proprietà dell'Accademia dei Fisiocritici non provenienti dal territorio senese. Essa fu integrata nel 1853 e nel 1860 dalle donazioni di due cospicue raccolte private: la Collezione Ricasoli e la Collezione Passerini. Queste arricchirono enormemente la collezione ornitologica generale, unitamente ad una serie di nuovi doni e acquisti. Tra questi, degni di nota sono la donazione di 110 uccelli brasiliani, poi preparati dal Brogi, effettuata da Fabio Tribbiani nel 1876, doni minori e scambi con il Museo di Firenze nel 1862 e nel 1892, una donazione di Andrea Canale comprendente uccelli raccolti lungo un itinerario negli oceani Indiano e Pacifico tra il 1881 e il 1883, e i reperti di Flavio Pannilini del sud-est asiatico.