La Sezione Naturalistica dei Musei Civici di Bassano del Grappa conserva collezioni di storia naturale antiche e recenti. Le collezioni storiche, geologiche e botaniche, risalgono agli anni della fondazione del museo, quando il geologo e naturalista bassanese Giambattista Brocchi, nel 1828, lasciò in dono alla Città di Bassano per volontà testamentaria, le sue collezioni geo-paleontologiche, la sua biblioteca e i suoi manoscritti, affinché nascesse il Museo Civico. Anche il suo allievo e collaboratore Alberto Parolini, botanico bassanese, donò al museo, alla sua morte, nel 1867, le sue collezioni geologiche, il suo erbario, la sua biblioteca e i suoi manoscritti. Questo primo nucleo si accrebbe poi con l’erbario del farmacista e botanico bassanese Giovanni Montini, collaboratore di A. Parolini. In epoca recente alla fine del secolo scorso si aggiunsero, sempre per donazione, le collezioni entomologiche di Ferruccio e Mario Meneghetti e, recentemente, la collezione Luca Cites ha arricchito il museo di una collezione zoologica con numerosi mammiferi e uccelli. Il museo possiede inoltre collezioni naturalistiche minori (in numero, non importanza) di conchiglie (collezione malacologica H. Nisters), libellule, altri erbari e una piccola, ma importante, collezione zoologica di mammiferi rari, appartenenti a specie in via di estinzione, affidata al museo in deposito permanente dal Servizio Cites del Corpo Forestale dello Stato.

Le collezioni di storia naturale, in particolare quelle storiche, hanno subito nel corso dei quasi due secoli dalla fondazione del museo alterne vicende conservative, che vanno dalla valorizzazione fino al disinteresse e totale abbandono e degrado, dovuto anche alla tragedia del bombardamento su Bassano, nel quale fu coinvolto anche il museo, durante la II guerra mondiale. Le collezioni danneggiate (gli erbari in particolare) dai bombardamenti e dalla successiva negligenza nella conservazione non sono più state esposte al pubblico fino ad oggi.