On y trouve également des espèces disparues et endémiques.
Les collections les plus anciennes auraient permis à Dubuisson, premier conservateur du muséum, d'initier Audubon à l'ornithologie > extrait d'un courrier adressé au maire de Nantes

Extrait d'une lettre de M. Dubuisson, premier conservateur du muséum de Nantes à Ferdinand Fabre, Maire de Nantes, le 30 novembre 1833

" … Cependant, Monsieur le Maire, cette collection d'oiseaux que l'on stigmatise avec dédain comme étant en désordre et par la même de peu d'utilité, était rangée d'après les principes de ce fameux Cuvier à réputation européenne que tout savant aujourd'hui s'enorgueillit d'avoir eu pour maître et c'est avec cette collection ainsi classée, dis-je encore, que Monsieur Audubon, célèbre ornithologiste, autre Cuvier américain a été initié par moi à cette science qui fait aujourd'hui sa gloire….. "

Au 19ème siècle, la majeure partie des oiseaux collectés provient d'expéditions naturalistes fréquentes à cette époque. Ceux-ci, au grè de leurs voyages, ramenaient des oiseaux pour enrichir les collections des muséums : c'est le cas des oiseaux ramenés par Alfred Marche.

Louis Bureau, conservateur au Muséum de Nantes de 1882 à 1919, occupa une place privilégiée dans le milieu scientifique nantais, à une époque où la Bretagne et la Vendée furent deux des régions les plus prospectées en ornithologie, d'où la richesse de la collection d'ornithologie régionale.
Près de 700 oiseaux naturalisés, provenant du monde entier, sont présentés dans les salles d'exposition permanente, remplissant ainsi leur mission muséographique et la totalité de la collection est mise à la disposition de la communauté scientifique, tant en France que dans d'autres pays.

Le Muséum possède plusieurs spécimens de pigeons migrateurs, dont 1 est actuellement présenté en galerie de zoologie. Cette espèce, appelée également "tourte migratrice" et ayant vécue en Amérique du Nord, est particulière à plus d'un titre : 

Elle est aujourd'hui éteinte suite à une chasse trop intensive. D'autres facteurs auraient participé à son extinction rapide, comme le déboisement important des grands espaces américains qui l’empêchait de nicher ou la transmission d'une maladie attrapée au contact des oiseaux d'élevage. Le dernier individu est mort au zoo de Cincinnati le 1^er décembre 1914 à l'âge de 29 ans et est conservé aujourd’hui dans les collections du Muséum de Washington. Ces oiseaux très grégaires supportaient mal de vivre seuls ou en trop petit nombre. Pour cette raison, il était quasiment impossible de conserver des spécimens en captivité. Celui présenté au Muséum de Nantes a été ramené vers 1870 par Louis Bureau, un des ses anciens directeurs.

Lorsque l'espèce existait encore, ses populations étaient composées d'un nombre d'oiseaux vertigineux, évalué à près de 5 milliards d'individus. Cela en faisait l'une des plus abondantes au monde. Les phases de migration étaient connues pour le nombre d’individus impliqués, certains scientifiques évoquant le ciel devenant sombre pendant des heures lors de leur passage. Les pigeons migrateurs étaient alors considérés comme nuisibles. Ils occasionnaient des dégâts très importants au niveau des céréales, en particulier dans les grandes cultures des plaines américaines du centre du pays. Les autorités ont alors mis en place des primes récompensant les chausseurs qui atteignaient les 20 ou 30 000 prises. Vu la taille des colonies, il était très facile de tuer un grand nombre d'individus par séance de chasse. Les cadavres étaient alors vendus sur les marchés ou servaient à nourrir des animaux d'élevage, comme les cochons. Très rapidement, les effectifs de pigeons migrateurs ont déclinés jusqu'à disparaître au début du XX^è siècle.