Die Naturwissenschaftliche Abteilung des Museo Civico di Bassano del Grappa bewahrt Sammlungen von antiker und zeitgenössischer Naturgeschichte auf. Die historischen, geologischen und botanischen Sammlungen stammen aus den Anfangsjahren der Museumsgründung, als der Geologe und Naturforscher aus Bassano, Giambattista Brocchi, im Jahr 1828 der Stadt Bassano seine geo-paläontologischen Sammlungen, seine Bibliothek und seine Manuskripte testamentarisch vermachte, um die Gründung des Museo Civico zu ermöglichen. Auch sein Schüler und Mitarbeiter Alberto Parolini, ein Botaniker aus Bassano, vermachte dem Museum bei seinem Tod im Jahr 1867 seine geologischen Sammlungen, sein Herbarium, seine Bibliothek und seine Manuskripte. Dieser erste Kern wurde später durch das Herbarium des Apothekers und Botanikers aus Bassano, Giovanni Montini, einem Mitarbeiter von A. Parolini, erweitert. In jüngerer Zeit wurden dem Museum Ende des letzten Jahrhunderts die entomologischen Sammlungen von Ferruccio und Mario Meneghetti sowie kürzlich die Sammlung Luca Cites mit zahlreichen Säugetieren und Vögeln gespendet. Das Museum beherbergt auch kleinere naturwissenschaftliche Sammlungen (in Bezug auf die Anzahl, nicht die Bedeutung) von Schnecken (malakologische Sammlung H. Nisters), Libellen, weitere Herbarien und eine kleine, aber wichtige zoologische Sammlung seltener Säugetiere, die vom Cites-Dienst des staatlichen Forstdienstes dem Museum als dauerhafte Leihgabe anvertraut wurde.

Die Sammlungen der Naturgeschichte, insbesondere die historischen, haben im Verlauf der fast zwei Jahrhunderte seit der Gründung des Museums wechselhafte konservatorische Ereignisse erlebt, die von der Wertschätzung bis zur Gleichgültigkeit und vollständigen Vernachlässigung und Verfall reichen, auch aufgrund des Bombenangriffs auf Bassano während des Zweiten Weltkriegs, bei dem auch das Museum betroffen war. Die beschädigten Sammlungen (insbesondere die Herbarien) durch die Bombardierungen und die anschließende Vernachlässigung in der Aufbewahrung wurden bisher nicht mehr der Öffentlichkeit präsentiert.