Зоологический музей основан на базе зоологических коллекций Натурального кабинета Кунсткамеры.
История коллекций Зоологического музея восходит к истории первого отечественного музея - Кунсткамеры, основанного в 1714 году. Из Москвы были перевезены естественноисторические коллекции, приобретенные Петром I во время его путешествия в Голландию в 1698 году, хранившиеся при Аптекарском приказе. Первоначально они были размещены в Зеленой гостиной Летнего дворца. В 1716 году были приобретены коллекции А. Себы и Х. Готвальда, в 1717 году - Ф. Рюйша...
Эти коллекции содержали большое количество материалов по зоологии. Некоторые из них сохранились в Зоологическом музее и институте до настоящего времени. Помимо покупок, Петр I уделял большое внимание собиранию коллекций в Российской Империи. Им был издан ряд указов, обязывавших местные власти доставлять в столицу различные произведения природы своего края.
Первые коллекции серьезно пострадали в пожаре 1747 года. Уцелевшая часть собрания была временно переведена в другое здание, где она оставалась вплоть до 1766 года, пока производились реставрационные работы. Для пополнения пострадавших коллекций были сделаны многочисленные покупки за границей. Так, в 1756 году с аукциона приобретена значительная часть второго собрания А. Себы.
Зоологические коллекции Кунсткамеры в 1767 году были выделены в отдельное подразделение в рамках Кунсткамеры под управление Петра Симона Палласа - одного из знаменитейших ученых-энциклопедистов XVIII века, много сделавшего для описания фауны России.
Постепенно зоологическое собрание все больше и больше обособлялось в составе Кунсткамеры. В регламенте Академии наук 1803 года зоологическая коллекция упомянута в составе "музея ботаники, зоологии и минералогии". Наступивший в конце XVIII века период войн, охвативший и первую треть следующего столетия, тяжело отразился на пополнении и сохранении коллекций Музея. Тем не менее, рост их продолжался. Большую роль в этом сыграли крупные морские путешествия.
В начале 1830-х годов, в ходе реформы Академии наук, коллекции Кунсткамеры разделили на независимые профильные музеи. На основе зоологической коллекций Кунсткамеры возник Зоологический музей, разместившийся в Музейном флигеле Академии, построенном в 1826-1831 годах по проекту архитектора И.Ф. Лукини позади Главного здания Императорской Академии наук (Университетская наб., д. 5).
Датой основания Зоологического музея считается 16 июля 1832 года, когда его директор Ф.Ф. Брандт продемонстрировал Физико-математическому отделению Академии наук экспозицию первых трех залов, составленную из уцелевших экспонатов Кунсткамеры. Большая часть выставочных коллекций Кунсткамеры к этому времени была испорчена и не годилась для новой экспозиции. Хорошо сохранились лишь остеологические материалы, спиртовые препараты, коллекции раковин и кораллов, которые и легли в основу создаваемого Зоологического музея.
Вскоре после выделения из состава Кунсткамеры, Музей стал пополняться коллекциями, поступавшими от различных экспедиций, а также путем покупки, обмена с другими учреждениями и приема пожертвований от отдельных лиц.
В середине XIX века собрание Зоологического музея не уступало лучшим коллекциям зарубежных музеев, а в отношении фауны Палеарктики значительно превосходило их. Объем коллекций за полстолетия вырос примерно в 20 раз.
В дальнейшем экспозиция пополнялась как интересными материалами в систематическом разделе, так и многочисленными новыми биогруппами и диорамами. Был создан ряд биогрупп, в которых отражена морская фауна. Материалы для этих витрин поставляли многочисленные экспедиции в самые разные уголки Земного шара, в которых принимали участие сотрудники Зоологического института.