Направление биология является одним из основных для музеев краеведческой тематики. Главная задача музейного биолога – исследовать территорию Югры, наиболее полно и научно достоверно представлять природу изучаемой территории в фондовых коллекциях, выставочных проектах, научных публикациях и научно-популярных заметках.

История становления:
Научно-исследовательская работа по изучению природы края – одно из старейших направлений деятельности музея. Уже в первом структурно-тематическом плане экспозиции 1936 года был выделен сектор природы, что подчеркивало его важность в рамках краеведческой концепции музея.
Новый этап начался в 1958 году с приходом Юрия Ивановича Гордеева – первого профессионального биолога в штате музея, выпускника Ленинградского университета. Он не только занимался созданием экспозиций и просветительской работой, но и заложил основы полевых исследований, организовав первые масштабные научные экспедиции по рекам Конда, Северная Сосьва, Ляпин и в районы Сургута. Коллекции, дневники и фотоархивы Ю.И. Гордеева, хранящиеся в фондах музея, остаются ценнейшим научным наследием и активно используются в работе.
Формирование полноценного отдела природы со своим штатным расписанием началось в 2005 году. С 2007 года в музее работает команда профессиональных биологов разных специальностей: зоологов, ботаников, микологов.

География полевых исследований:
Современные биологические и комплексные экспедиции музея охватывают значительную часть автономного округа 7 административных районов из 9. Ключевыми районами изучения являются: на западе горные системы Северного и Приполярного Урала, на юге регион нижнего течения реки Иртыш, на севере Верхнее Двуобье, на востоке таежная заболоченная Обь с притоками Ваха и Югана.
Биологи музея работают в партнёрстве с Особо охраняемыми природными территориями, это: Государственные заповедники «Юганский» (Сургутский район) и «Малая Сосьва» (Советский и Березовский районы), Государственный заказник «Елизаровский» (Ханты-Мансийский район), природные парки «Кондинские озера» и «Самаровский чугас», памятник природы «Луговские мамонты» и другие.

Фондовые биологические коллекции:
Экспедиционные сборы – основной источник пополнения научно-фондовых биологических коллекций музея. На сегодняшний день в фонде биологических коллекций представлены следующие группы экспонатов, которые служат основой для научной работы и создания выставок: научный гербарий высших сосудистых растений, мхов, лишайников; микологическая коллекция; зоологическая коллекция включает териологические, орнитологические, энтомологические, ихтиологические и другие образцы. Кроме музейных полевых сборов в фондах есть авторские коллекции XX века, имеющие не только научную, но и историческую ценность.
 
Специалисты и темы исследований:
В отделе природы работают специалисты, ведущие активные исследования в области биоразнообразия севера Западной Сибири:

Бородин Андрей Владимирович, кандидат биологических наук
Темы исследований: териология, мелкие млекопитающие долинных комплексов слияния рек Оби и Иртыша. Энтомология – фаунистические исследования и сбор энтомологических коллекций.

Бочков Александр Викторович
Темы исследований: орнитология, фаунистические исследования, экология отдельных видов, коллектирование (гнёзда, перьевой материал).

Корикова Надежда Николаевна
Темы исследований: ботаника, флористические исследования и создание научного гербария ХМАО–Югры, история гербарных коллекций Югры.