La collezione dei Mammiferi comprende circa 15.000 reperti conservati sia a secco sia in alcool. Tra i non pochi “tipi” presenti in collezione (circa un centinaio) va segnalato quello del Camoscio d’Abruzzo.
Di particolare rilievo è la sezione dei pipistrelli (oltre 2.000 vasi per i soli esemplari in alcool), a séguito dell’intensa attività svolta da Giacomo Doria, che, appassionatosi allo studio di questi animali, ne raccolse egli stesso, ma soprattutto ne fece raccogliere in Italia ed in ogni parte del mondo, grazie ad una fittissima rete di corrispondenti che incrementò in ogni occasione e grazie a cambi effettuati con diversi musei ed istituti.
Altrettanto ricche sono la serie dei Primati (119 specie di tutto il mondo) e quella dei Marsupiali provenienti dalla Nuova Guinea.
I materiali, oltre che da Doria stesso, furono studiati da famosi mammalogi dell’epoca e continuano a essere esaminati anche oggi.
La collezione dei Mammiferi si è arricchita anche recentemente grazie a donazioni di privati (ad es. i trofei di caccia di Ermanno Civalleri, donati nel 1997, o di Silvano Carnelutti, donati nel 2006), ad esemplari ricompresi nelle collezioni degli istituti secondari e, per quanto riguarda il territorio ligure, al recupero di animali rinvenuti deceduti per cause diverse. Nel trentennio tra il 1980 e il 2012 si è curato in modo particolare il recupero dei Cetacei spiaggiati sulle coste liguri, radunando così reperti relativi a 155 esemplari.