Temelje znanstvenim zbirkama Zavoda postavio je Antun Maštrović ustupanjem svoje privatne zbirke ptičjih svlakova – gotovo 500 primjeraka, 195 ptičjih vrsta. Tijekom sljedećih godina marljivo se radilo na daljnjem prikupljanju i prepariranju ornitološkog materijala i proširivanju ornitološke zbirke svlakova i jaja.
Zavod za ornitologiju danas posjeduje znanstvenu zbirku ptičjih svlakova od oko 6700 primjeraka, 319 vrsta ptica i 4 hibrida, oološku zbirku s polozima i pojedinačnim jajima 143 vrste ptica te zbirke gnijezda, kostura i perja. Materijal je sakupljen na ukupno petstotinjak lokacija uglavnom s područja jugoistočne Europe, a neke ptice potječu i s lokacija u drugim dijelovima Europe te s drugih kontinenata.
Znanstvene zbirke izuzetno su vrijedne kao “taksonomski laboratoriji” koji su jedino mjesto gdje se može s uspjehom, zahvaljujući velikom broju autohtonih primjeraka pojedine vrste s iste ili različitih lokacija, utvrditi točan taksonomski status (vrste, podvrste) ptica s određenog područja. Prikupljeni znanstveni materijal služi i za zoogeografske analize, posebno stoga što velike zbirke poput ove uvijek sadrže primjerke prikupljene u određenim vremenskim rasponima, po pedeset, sto ili više godina.
U zbirci našeg Zavoda čuvaju se primjerci stari i više od jednog stoljeća. Kako se ovdje radi uglavnom o autohtonom materijalu, ponekad je moguće uz pomoć kataloških podataka o svlakovima pratiti nekadašnju rasprostranjenost, promjene brojnosti ili selidbu pojedinih vrsta ptica na ovim prostorima.
Zbog sve veće ugroženosti prirode u naše se vrijeme više zbirke ne obogaćuju tako da se ptice ubijaju, već se za zbirke sakupljaju isključivo ptice koje su nađene uginule, te napuštena gnijezda i jaja.