Istorinėje muziejaus dalyje pristatoma plati mokslinė, visuomeninė ir pedagoginė prof. Tado Ivanausko veikla bei pirmieji muziejaus eksponatai, surinkti ir preparuoti prof. T. Ivanausko tėvo Leonardo Ivanausko. Tai 1859 bei 1861 metus menančios stepinės vištelės, rudakaklio krago, mažojo einio, rudakaklio naro ir žvyrės iškamšos. Greta – entomologo Alfonso Palionio 1921–1930 m. surinkta pirmoji ir tuo laikotarpiu didžiausia (apie 2,8 tūkst. vnt.) Lietuvos dieninių ir naktinių drugių kolekcija. Iš viso šioje ekspozicijoje regėsite 282 drugių rūšis, 2 773 drugius.

Istorinėje muziejaus dalyje demonstruojamos pirmosios paukščių biologinės grupės, paruoštos vadovaujant prof. T. Ivanauskui 1922–1939 m. Tai kilniojo erelio, tetervinų, upinės ir mažosios žuvėdrų, varninių paukščių, jerubių, slankų, pempių, laukių, gaidukų, rudagalvių kirų, strazdų giesmininkų ir 1953–1954 m. paruošta lėlių biogrupės.

Bestuburių salės ekspozicija išdėstyta sistematine tvarka. Pirmieji pateikiami primityviausi gyvūnai – pintys, toliau – duobagyviai, kirmėlės, moliuskai, dygiaodžiai ir nariuotakojai. Eksponuojama daugiau kaip 4,5 tūkst. bestuburių gyvūnų eksponatų iš Lietuvos ir kitų pasaulio kraštų. Dalis jų surinkta muziejaus įkūrėjo prof. T. Ivanausko. Nemaža dalis eksponatų yra prof. Pranciškaus Baltraus Šivickio dovanotų tropinių jūrų gyvūnų, taip pat 1973–1976 m. Australijos lietuvės Elenos Liutikienės dovanotos jūrinės kriauklės.

2008 m. buvęs jūrininkas Vykintas Matuzevičius muziejui padovanojo per 10 tūkst. vnt. kriauklių kolekciją, kurią rinko apie 40 metų. Tai daugiau kaip 2 tūkst. rūšių jūrinių ir sausumos sraigių bei dvigeldžių moliuskų kriauklių iš įvairiausių pasaulio vietų. Nuo 2016 m. dalis dovanotos kolekcijos eksponuojama muziejaus salėje.

Bestuburių salėje eksponuojamas ir didžiausias 1999 m. Lietuvoje rastas dvigeldis moliuskas – didžioji bedantė.

Vabzdžių salės stenduose eksponuojama apie 10 tūkst. vabzdžių, priklausančių daugiau kaip 2 600 rūšių. Ekspozicija suskirstyta į dvi dalis: sistematinę ir zoogeografinę. Sistematinėje dalyje siekiama parodyti vabzdžių įvairovę, juos eksponuojant sistematine tvarka: nuo primityviausių – žirgelių, lašalų, tarakonų – iki evoliuciniu požiūriu labiausiai išsivysčiusių – dvisparnių ir plėviasparnių – vabzdžių. Iš viso šioje ekspozicijos dalyje yra 18 vabzdžių būrių atstovų. Salėje eksponuojamos vabalų, drugių, plėviasparnių, žirgelių, tiesiasparnių ir kt. vabzdžių biologinės grupės, atspindinčios jų gyvenseną. Stenduose pateikiami ir įspūdingiausi pasaulio vabzdžiai: vabalas herkulesas, galiotas, atlaso drugys, dygioji gyvalazdė ir kt.

Salėje įrengtos 2 dioramos: „Naudingi Lietuvos vabzdžiai“ ir „Vabzdžiai įvairiuose biotopuose“.

Be sistematinės vabzdžių ekspozicijos pristatomas ir zoogeografinis drugių pasiskirstymas. Australinę, Etiopinę, Indomalajinę bei Holarktinę sritis atstovauja spalvingiausi ir gražiausi šio būrio atstovai. Australinės srities stendas išsiskiria didžiuliais spalvingais paukščiadrugiais. Didžiąją dalį Neotropinės ekspozicijos sudaro entomologo Alfonso Palionio drugių kolekcija, surinkta 1931 m. į Braziliją organizuotos ekspedicijos metu. Eksponuojama laukinių Lietuvos bičių kolekcija, kurioje per 140 įvairių bitinių plėviasparnių rūšių. Taip pat lankytojai gali pamatyti bendruomeninių vabzdžių lizdus bei Vitalijaus Bačiansko surinktą ir muziejui padovanotą Lietuvos drugių kolekciją, kurioje yra daugiau kaip 400 rūšių įvairių drugių.

Žuvų-roplių salėje eksponuojami trijų klasių – žuvų, varliagyvių ir roplių – atstovai. Rinkinyje virš 7 tūkst., ekspozicijoje – apie 500 eksponatų. Įspūdingiausi – latimerija, Atlantinis paltusas, Baltijos aštriašnipis eršketas, durklažuvė, vienintelės Lietuvos vandenyse sugautos ir į Lietuvos žuvų sąrašą įrašytos žuvys – europinis jūrų liežuvis, europinė paprastoji jūrinė lydeka, raudonasis jūros gaidelis. Žuvų ekspozicija įdomi istorinę praeitį menančiais eksponatais, surinktais muziejaus įkūrėjo prof. T. Ivanausko. Tai 2,8 m ilgio kardžuvė, paprastoji piranija, dryžuotoji lyražuvė, penkiaūsė vėgėlė.

Varliagyvių ir roplių ekspozicija išdėstyta sistematine tvarka, atrinkti patys įdomiausi, moksliniu ir istoriniu požiūriu vertingiausi gyvūnai iš Lietuvos ir kitų kraštų: balinis vėžlys, anakonda, tamsusis tigrinis pitonas, nilinis krokodilas, žaliasis vėžlys, jautinė varlė ir kt. Salės puošmena – 6,3 m ilgio, apie 80 kg svorio anakonda, kurią 1931 m. prof. T. Ivanauskas pargabeno iš Brazilijos, šalia jos „Brazilijos gyvačių“ biogrupė ir diorama „Jūriniai vėžliai“.

Paukščių salėje eksponuojama per 900 paukščių iškamšų ir per 600 laukinių paukščių kiaušinių, priklausančių 200 sparnuočių rūšims.

Ekspozicijoje yra visame pasaulyje nykstančių, į Tarptautinę raudonąją knygą įrašytų, paukščių rūšių iškamšų: bengalinio grifo, stepinės pempės, geltonskruosčio kakadu, akiniuotojo pingvino, mažojo kivio, europinio žalvarnio ir kt.

Šioje salėje pamatysite ir paukščius rekordininkus: didžiausią pasaulio paukštį – strutį, mažiausius pasaulio paukščius – kolibrius, greičiausią pasaulyje paukštį – sakalą keleivį, galintį skristi 180 km/val. greičiu ir pasiekiantį momentinį iki 320 km/val. greitį. Pamatysite Lietuvoje aptinkamą mažiausią, sveriantį 5–6 g, paukštį – paprastąjį nykštuką, ir didžiausią – gulbę nebylę.

Ekspozicijos salėje demonstruojama 12 paukščių dioramų.

Žinduolių salėje sistematine tvarka išdėstyta apie 280 Lietuvos ir kitų pasaulio kraštų vandens ir sausumos žinduolių rūšių. Tai – 350 iškamšų, 3 muliažai, 23 kaukolės. Eksponuojama apie 90 proc. visų Lietuvoje gyvenančių žinduolių rūšių.

Muziejus didžiuojasi turėdamas pačius primityviausius žinduolius – trumpasnapę echidną ir ančiasnapį. Gausu Pietų Amerikoje gyvenančių šarvuočių, tinginių, skruzdėdų ir kt. eksponatų, parvežtų prof. T. Ivanausko iš ekspedicijos į Braziliją. 55 eksponuojamų žinduolių rūšys įtrauktos į Tarptautinę raudonąją knygą: gepardas, Amūro tigras, baltasis lokys, snieginis leopardas, didžioji skruzdėda, orangutanas ir kt. 14 rūšių įtrauktos į Lietuvos raudonąją knygą.

Salėje įrengtos dioramos: „Pilkieji vilkai“, „Upiniai bebrai“, „Baltasis lokys“, „Liūtai“ ir „Rudosios lapės“ bei įspūdingai atrodanti biologinė grupė „Stumbrai“. Ekspozicijoje galima pamatyti įspūdingų dydžių žinduolių: aukščiausią pasaulio gyvūną – žirafą, greičiausią žinduolį – gepardą, stambiausią sausumos plėšrūną – baltąjį lokį ir mažiausią ne tik Lietuvoje, bet ir pasaulyje – žebenkštį, mažiausią Lietuvos žinduolį – kirstuką nykštuką.

1999 m. liepos 15 d. Kauno Tado Ivanausko zoologijos muziejuje pradėta eksponuoti trofėjų salės ekspozicija. Eksponuojama apie 300 medžioklės trofėjų – ragų, galvų iškamšų, kaukolių, kailių, ilčių – iš Lietuvos ir kitų pasaulio šalių. Visi trofėjai įvertinti pagal Tarptautinės medžioklės ir gyvūnų apsaugos tarybos (CIC) patvirtintas medžioklės trofėjų vertinimo formules. Grand prix įvertintas vienas eksponatas, aukso medaliu – 26, sidabro – 25, bronzos – 38 eksponatai. Dauguma trofėjų – Lietuvos medžiotojų laimikiai.

Medžioklės trofėjų salėje išvysite ir istorinę Ivanauskų giminės dovaną – antilopės puku, orikso ir kt. iškamšas, gautas iš prof. T. Ivanausko sūnaus George ir anūkės Mary Iwanowsky.

Medžioklės trofėjų salėje pamatysite ir Arūno Kulikausko medžioklės trofėjus bei jų įvertinimo apdovanojimus. Tai aukso medaliais įvertintos tauriojo ir Dovydo elnių galvų iškamšos, sidabro medaliu – briedžio, elnio vapičio, arapavinės avies, muflono, gemzės galvų iškamšos, bronzos medaliu – rudojo lokio, taro galvų iškamšos ir kt. trofėjai.

Paleontologijos ir osteologijos salėje eksponuojami gyvūnų skeletai: gauruotojo raganosio kaukolė, daugiau nei prieš 12 tūkst. metų Lietuvos teritorijoje gyvenusių ir išnykusių mamutų skeletų dalys, iki XVI a. mūsų miškuose gyvenusių taurų ragai. Šalia – vieno iš didžiausių pasaulio žinduolių – ūsuotojo banginio – kaulai bei didžiausio sausumos žinduolio – Afrikinio dramblio – kaukolė. Anatominėje dalyje – žinduolių, paukščių, roplių, žuvų skeletai bei kaukolės.