Особенностью природы Восточного Казахстана является разнообразие природных условий на его территории, исключительно богатый набор ландшафтов, видовое разнообразие растительного и животного мира. Так, на территории области насчитывается до 50 типов ландшафтов, здесь обитают 400 видов птиц, 116 видов млекопитающих, 27 видов пресмыкающихся, 5 видов земноводных, более 15 000 видов насекомых, произрастает 3500 видов высших растений. Всё это многообразие типов рельефа и ландшафтов, видовое богатство растительного и животного мира явилось следствием длительного течения геологических процессов в земной коре, формирования ландшафтов в различных климатических условиях геологических эпох, эволюции флоры и фауны в них.
На климатической карте области обращает на себя внимание резкое различие показателей температурного режима и увлажнения в зависимости от рельефа, высоты над уровнем моря, сезона. Так, разница летних и зимних температур в Зайсанской котловине может достигать 1000, что больше не наблюдается нигде на континенте.
На территории ВКО находится западная периферия Алтае-Саянской горной системы с высшей точкой – горой Белухой (4506м). От подножия гор сменяют друг друга ландшафтные зоны – высотные пояса от полупустынь на границе с Зайсанской котловиной до высокогорных тундр и ледников нивального пояса. Количество ландшафтов велико как нигде на континенте и включает все их типы кроме тропиков и субтропиков. Каждой из этих зон в зале посвящена диарама, в которой демонстрируются её характерные особенности.
Длившаяся десятилетиями эксплуатация природных ресурсов, в частности животного мира, нередко приводила к оскудению промысловой фауны, а в отдельных случаях полному истреблению охотничьих животных. В витрине «Акклиматизация охотничьих животных» представлены виды млекопитающих и птиц, акклиматизированных в охотничьих угодьях области. В 1950-е годы в Восточном Казахстане акклиматизирована ондатра, в 1960-70-е выпущены партии американской норки, баргузинского соболя, белки-телеутка, позже семереченского фазана. Большинство этих работ были успешными, что позволило обогатить охотничье-промысловый фонд области новыми видами животных.
Большое внимание в области уделяется вопросам изучения растительного и животного мира, разработке мер по его сохранению. В частности, в Алтайском ботаническом саду (г. Риддер) ведутся работы по инвентаризации флоры ВКО, изучение распространения и условий произрастания редких и исчезающих видов растений, разрабатываются меры по их охране, выращиванию на опытных делянах сада с целью дальнейшей интродукции в естественные места обитания. Материал, представленный в витрине и подиуме знакомит с деятельностью сотрудников ботанического сада и некоторыми результатами его работ.
В ВКО создана и функционирует схема особо-охраняемых природных территорий, включающая один государственный национальный природный парк (Катон-Карагайский), два государственных природных заповедника (Маркакольский и Западно-Алтайский). В неё включены также восемь государственных природных заказников республиканского значения (Кулуджунский и Тарбагатайский зоологические; ботанические – Нижне-тургусунский, «Каратальские пески», «Алет», «Урджарка», «Солдатская щель»), один ботанико-геологический (Рахмановские ключи) и один геолого-минералогический заказник (Асубулакский) областного подчинения. В 2003 г. создан государственный лесной резерват «Семей орманы». Имеются один государственный памятник природы республиканского значения (Синегорская пихтовая роща) и пять – областного подчинения (геолого-палеонтологические «Ашутас», «Киин-Кериш», «Пылающие адыры», «Тарханский геологический разрез», геолого-петрологический «Голубой залив»). Статус особо-охраняемой территории имеет и ботанический сад в г. Риддер, а также десять водоёмов, имеющих особую государственную и научную ценность. Всего ООПТ ВКО занимают площадь 1,7 мл га, что составляет 6 % от площади области.
Научные сотрудники отдела природы участвуют в разработке проектов новых особо охраняемых природных территорий: природных национальных парков, заказников и заповедников; в разработке схемы ООПТ области; в работе по научным программам Маркакольского и Западно-Алтайского заповедников, Катон-Карагайского национального природного парка; принимают участие в программах и проектах международных организаций и фондов (WWF, NABY, ПРООН, ГЭФ и др.), таких как «Сохранение популяций снежного барса и архара-аргали в ВКО». В 2002 году музей принял участие в работе саммита международной организации охраны снежного барса в г. Сиэттл (США). Сотрудники музея были неизменными участниками российско-нидерландских экспедиций Института эволюционной морфологии и экологии животных (г. Москва) и Нидерландского фонда охраны лошади Пржевальского в Зайсанском районе Восточного Казахстана.
