Située au deuxième étage, l’exposition permanente est consacrée aux collections d’histoire naturelle.
De nombreux animaux naturalisés y sont présentés, des arthropodes aux mammifères. Les animaux sont disposés en respectant la classification phylogénétique afin de permettre aux plus jeunes de reconnaître les grandes familles et les espèces.
Cette exposition met également à l’honneur l’histoire naturelle de la Touraine, avec la présentation de roches, fossiles et stratigraphies originaires de la région.
Les Tourangeaux les plus nostalgiques pourront retrouver l’ancienne vedette du Jardin botanique : Bobby le phoque.
Sont également présents d’autres célébrités du Jardin botanique de Tours, les ours Willy et Sophie.
Le Muséum de Tours possède également dans ses collections un gorille des plaines de l’Ouest. Naturalisé dans les années 1970, il symbolise parfaitement l’esprit de ces années où l’objectif était d’impressionner le visiteur plutôt que de présenter l’animal avec sa véritable apparence. Ce gorille est représenté debout, à la manière de King-Kong, avec une expression agressive.