Kuopion luonnontieteellisen museon kokoelmat saivat alkunsa Kuopion Luonnon Ystäväin Yhdistyksen ensimmäisessä varsinaisessa kokouksessa 20.2.1887, jolloin maisteri Benjamin Ståhlberg lahjoitti perustettavalle museolle kolme täytettyä pöllöä. Seuraava merkittävä askel kokoelmatoiminnan käynnistämisessä oli A. J. Melan 1901 tekemä lahjoitus, joka sisälsi mm. laajan kasvikokoelman sekä hyönteis- ja linnunmunakokoelmat.
Kuopion museorakennuksen valmistuttua vuonna 1907 yhdistys alkoi määrätietoisesti kartuttaa näyttelykokoelmaa, ja museoon saatiinkin koottua mm. kansallisesti merkittävät eläinkokoelmat.
Kasvikokoelmien kivijalan muodostavat Kuopion Luonnon Ystäväin Yhdistyksen aktiivisen toiminnan tuloksena kerätyt kokoelmat, jotka tulivat tunnetuiksi laajalti maamme luonnontieteilijöiden piirissä. Kokoelmien pohjana ovat Kuopiossa jo 1800-luvulla vaikuttaneiden innokkaiden luonnonharrastajien putkilokasveja sisältävät lahjoitukset.
Vastuu kokoelmien hoidosta ja kartuttamisesta siirtyi 1970-luvun alussa Kuopion kaupungin palkkaamalle henkilökunnalle, jolloin kokoelmien kartuttaminen tehostui merkittävästi, ja painopiste siirtyi tieteellisiin näytteisiin. Myös museoiden välinen vaihtotoiminta vakiintui. Osa museonäytteiden kartunnasta saadaan kuitenkin edelleen lahjoituksina yksityishenkilöiltä (mm. yksityiset hyönteiskokoelmat, biologisten tutkimusaineistojen todisteaineistot).
Nykyisin kokoelmatyön keskeisiä tavoitteita ovat lajien sukulaisuussuhteiden tutkimuksen tukemisen lisäksi luonnon muutosten dokumentointi, uhanalaisten lajien seuranta sekä lajintuntemustiedon ja –taidon ylläpito. Kokoelmia kartutetaan yhä suunnitelmallisemmin, ja etenkin museon tutkimus- ja yhteistyöhankkeiden sekä lajistokartoitusten ja -seurantojen yhteydessä.