Žinduolių skyrius, kaip atskiras padalinys muziejuje įkurtas 1977 m., tačiau jo ištakos siejamos su Gamtos tyrimo stoties (GTS) įsteigimu 1919m. 1921 metais įsigytos 35 žinduolių rūšys. Po 1931m. ekspedicijos į Braziliją, atvežta naujų žinduolių rūšių: skruzdėdų (Myrmecophagidae), šarvuočių,  (Dasypodidae), įvairių beždžionių (Primates) ir kt. 1948m. zoologijos muziejus  perkeltas į naujas patalpas Laisvės al., kuriose dirba iki šiol.

Žinduolių skyriaus rinkiniuose komplektuojami būriai: kloakiniai - Monotremata, sterbliniai - Marsupialia, nepilnadančiai - Edentata, vabzdžiaėdžiai - Insectivora, kaguanai - Dermoptera, šikšnosparniai - Chiroptera, primatai - Primates, plėšrieji - Carnivora, irklakojai - Pinnipedia, banginiai - Cetacea, neporakanopiai -  Perissodactyla, damanai - Hyracoidea, vamzdžiadančiai - Tubulidentata, porakanopiai - Artiodactyla, tryniakojai - Tylopoda, skujuočiai - Pholidota, graužikai - Rodentia, kiškiažvėriai - Logomorpha.

Žinduolių eksponatų rinkiniai saugomi keturiose saugyklose.

Bendras  eksponuojamų ir saugomų saugyklose žinduolių skaičius - 4829 vienetai.

Žinduolių rinkinį sudaro: 474 iškamšos; 900 kailių ir kūnelių; 306 kailių su kaukolėmis;608 spiritiniai preparatai; 1553 kaukolės; 13 galvų iškamšų; 162 ragai su dalimi kaukolės; 15 kaukolių su ragais; 468 apatiniai žandikauliai; 23 skeletai; 43 iltys ir kt.

Dvejose  ekspozicinėse žinduolių bei medžioklės trofėjų salėse eksponuojamos 286 žinduolių rūšys. Čia galima pamatyti visus Lietuvos žinduolių faunos atstovus (100 %).

Ekspozicinėje salėje demonstruojama: 354 iškamšos, 28 vnt. kaukolių ir 18 vnt. skeletinės medžiagos.

Ekspozicija išdėstyta sistematine tvarka. Joje galima pamatyti įspūdingų dydžių ir egzotinės išvaizdos žinduolių: aukščiausią  pasaulyje žinduolį - žirafą (Giraffa camelopardalis), greičiausią žinduolį - gepardą (Acinonyx jubatus), stambiausią plėšrūną - baltąjį lokį (Ursus maritimus), vieną iš mažiausių - kirstuką nykštuką (Sorex minutus L.) ir kt. Ekspozicijai gyvumo suteikia vaizdžiai įrengtos dioramos: “Vilkai“, „Bebrai“, „Baltasis lokys“, „Liūtai“ ir „Lapės“ bei biologinė grupė „Stumbrai“.

Medžioklės trofėjų salės ekspozicijoje eksponuojama 258 eksponatų:

• Ragai su dalimi kaukolės (147 eksp.);

• Ragai (3 eksp.);

• Ragai su kaukole (1 eksp.);

• Galvos iškamšos (13 eksp.);

• Kaukolės (31eksp.);

• Kailiai (14 eksp.);

• Iltys (37 eksp.);

• Įvairios paukščių iškamšos (12 eksp.).

Iš 258 eksponuojamų trofėjų - 90 įvertinti: aukso medaliu (26 eksp.), sidabro – (25 eksp.), bronzos – (38 eksp.), Grand prix (1 eksp.).

Žinduolių skyriuje eksponuojama 92 rūšys žinduolių, įtrauktų į Tarptautinę Raudonąją (iš jų 22 rūšys į Lietuvos Raudonąją) knygą. Iš eksponuojamų Raudonosios knygos atstovų minėtini: gepardas (Acinonyx jubatus); amūro tigras (Panthera tigris altaica); baltasis lokys (Ursus maritimus); snieginis leopardas (Uncija uncija); didžioji skruzdėda (Myrmecophaga trydoctyla); orangutangas (Pongo pygmaeus); lūšis (Felis lynx); ūdra (Lutra lutra); stumbras (Bizon bonusus).

Žinduolių skyriaus tel.: (8-37) 20 03 05