En retraçant l'aventure humaine depuis la préhistoire, le Muséum se veut un lieu ouvert sur l'environnement et l'écologie. Il développe et expose de précieuses collections, témoins de la diversité du monde vivant et de l'évolution de la nature.

Le musée est établi sur deux sites. D'une part, l'hôtel Demarie-Valentin et l'ancien palais comtal, en centre-ville, présentent le patrimoine naturel local aussi bien que l'histoire de la vie et la préhistoire en Anjou.

D'autre part, le site de l'arboretum Gaston-Allard conserve les collections botaniques de la Ville d'Angers. Plus de 350 000 échantillons d'herbiers témoignent de l'état de la flore aux 19e et 20e siècles.