La Collection de mammifères marins est riche de plus de 100 objets (naturalisations, moulages, squelette entier, os divers...) correspondants à près de 30 espèces différentes. Son histoire débute dès l'origine du Muséum, puisque l'on trouve trace d'un certain nombre de spécimens dans le catalogue de François-René Dubuisson, mais l'une des pièces maîtresses de cette collection reste le squelette d'un rorqual commun, échoué en 1991 à Donges, monté dans la salle d'ostéologie en 1995 et déplacé dans la galerie de zoologie en 2008.

| Responsable de la collection : Eric Guiho