Die Vogelsammlung ist mit ca. 200.000 Objekten die größte ihrer Art in Deutschland und kann aufgrund ihres Artenreichtums, etwa 5.000 Typenexemplaren, Objekten bedeutender Sammler sowie vieler einzigartiger historischer Belegexemplare zu den bedeutendsten Vogelsammlungen weltweit gezählt werden.

Neben den ca. 140.000 Bälgen und ca. 10.000 montierten Präparaten umfasst die Sammlung etwa 7.000 Skelette, 4.000 Alkoholpräparate, 40.000 Eier, 1.500 Nester und 700 Flügelpräparaten.

Das Artenspektrum deckt je nach Vogelsystematik zwischen 76 % und knapp 90 % der rezenten Vogelarten der Erde ab. Geographische Schwerpunkte der Sammlung liegen in der Vogelwelt Brandenburgs, frühen südamerikanischen Sammlungen, kolonialen Sammlungen (Afrika, Südost-Asien, Neuguinea), sowie weiteren umfangreichen asiatischen Sammlungen.

Die Sammlungsgeschichte wurde insbesondere von den Kuratoren Martin H. C. Lichtenstein (1780-1857), Jean L. Cabanis (1816-1906), Anton Reichenow (1847-1941) und Erwin Stresemann (1889-1972) geprägt, die über lange Zeitperioden hinweg an der Sammlung geforscht haben sowie deren Erweiterung organisierten. Insbesondere mit Jean L. Cabanis und Erwin Stresemann rückte die Sammlung ins Zentrum der ornithologischen Forschung in Deutschland. Cabanis begründete 1853 das "Journal für Ornithologie", welches offizielles Organ der Deutschen Ornithologen-Gesellschaft wird. Erwin Stresemann war einer der bedeutendsten Ornithologen des 20. Jh. und integrierte die vorher im Wesentlichen faunistisch-systematische Ornithologie in die moderne Biologie. Er baute die umfassende ornithologische Bibliothek am Museum für Naturkunde unter Einbeziehung der Bibliothek der Deutschen Ornithologen-Gesellschaft auf.

Da das Museum für Naturkunde umfassende Sammlungen aus den deutschen Kolonien aufnahm, ergab sich für die Vogelsammlung Afrika als geographischer Schwerpunkt. Insbesondere durch die Tätigkeit von Erwin Stresemann, der viele Sammelreisen in der ersten Hälfte des 20. Jh. anregte bzw. organisierte, wurden umfassende asiatische Sammlungen aufgenommen. Der zweite Weltkrieg hinterließ durch die Zerstörung und Beschädigung insbesondere der Standpräparate große Schäden in der Sammlung, die bis heute noch nicht vollständig aufgearbeitet sind.