La Sezione biologica del Museo è composta da diverse raccolte e collezioni. Cominciamo la nostra visita dalla Collezione ornitologica D. Malmerendi, che conta più di 2.500 esemplari. E' una caratteristica forse unica che la quasi totalità dei volatili tassidermizzati di cui è composta la collezione, per quanto riguarda la preparazione museale, sia di un'unica mano (quella di Malmerendi): per questo, oltre ad essere di ottimo livello qualitativo, si presenta di una omogeneità totale.

Questo corpus verrà presto integrato da una nuova Collezione ornitologica denominata Fabbri, di prossima provenienza in Museo, che comprende oltre 500 esemplari splendidamente naturalizzati. Passiamo poi alla Collezione entomologica Malmerendi composta da 572 scatole entomologiche che custodiscono oltre 80.000 insetti. Il valore scientifico della collezione è, se possibile, assai maggiore di quello della raccolta summenzionata: gli specialisti che mano a mano esaminano i vari gruppi tassonomici degli insetti in collezione, non di rado individuano tutt'oggi "prime segnalazioni" italiane se non, addirittura, specie nuove per la Scienza. Negli anni '90 sono pervenute al Museo altre collezioni entomologiche.

Attraverso il rinvenimento ed il recupero di esemplari periti in seguito ad incidenti stradali o a bracconaggio (lacci, bocconi avvelenati, caccia di frodo) al Museo è venuta costituendosi anche una raccolta di Fauna a mammiferi attuale del territorio faentino. E così possiamo ammirare: una coppia di daini, di caprioli e volpi. E anche esemplari di istrice, faina, donnola, puzzola, nutria e visone rinselvatichiti, scoiattolo e vari altri micromammiferi.

Usciamo ora dall'edificio e addentriamoci nel Giardino Botanico, la parte vivente del Museo. Il Giardino ospita, nell'area verde circostante il Museo, oltre 170 specie di piante tra cui spicca una splendida sequoia, alta più di 24 metri e a chioma integra (e per questo motivo, oltreché per le dimensioni, rara a vedersi in area urbana).

Le specie di recente introduzione sono raggruppate, per quanto è possibile, per fasce - associazioni vegetazionali (macchia mediterranea, fascia del faggio ecc.). Fossili e minerali costituiscono, invece, la sezione abiologica. La Raccolta paleofauna pleistocenica a mammiferi di Oriolo di Faenza attesta l'associazione faunistica che popolava il territorio faentino 800-900.000 anni or sono. Di estremo rilievo, anche estetico ed emozionale, è il cranio di elefante completo ma disarticolato, rinvenuto nelle "sabbie gialle" di Oriolo di Faenza (Mammuthus meridionalis).

Non mancano resti di bisonte, ippopotamo e rinoceronte.

La Raccolta di paleofauna miopliocenica (a mammiferi) di Brisighella è una collezione paleontologica di assoluto valore scientifico. Gli specialisti dell'Universo di Firenze hanno istituito numerosi olotipi che il Museo custodisce gelosamente (Plioviverrops faventius, Canis monticinensis etc.). Decine di reperti ossei permettono di ricostruire la Fauna a mammiferi che viveva nell'area circummediterranea 5,5 milioni di anni orsono.

Ricordiamo, inoltre, la presenza al Museo della Collezione paleontologica del Gruppo Speleologico Faentino, che comprende un corpus di centinaia di esemplari, le interessanti raccolte paleomalacologiche locali, la selezione di minerali, fossili e concrezioni di grotta, ad alto impatto estetico.