Неповторимый стиль музею придает сочетание естественно-научных экспонатов с художественными произведениями — от графики и живописи до монументальных скульптур. В разные годы здесь работали замечательные анималисты: В. А. Ватагин, А. Н. Комаров, К. К. Флёров, А. Н. Формозов, Н. Н. Кондаков. Благодаря их талантливым произведениям удалось, по словам Котса, «…внести в экспозицию чарующий, задушевный отклик жизни, передать который бессильно самое искусно сделанное чучело». Коллекции анималистического искусства составляют особую гордость музея.
В первой половине XX века вокруг Василия Алексеевича Ватагина, художника, ученого и талантливого педагога, долгое время трудившегося в Дарвиновском музее, сложилась московская анималистическая школа. Работы Василия Алексеевича, основанные на знаниях зоолога, наблюдениях за животными в зоопарках и естественной среде, изучении мирового наследия в музеях, библиотеках и многочисленных путешествиях, стали эталоном для его учеников. Ватагин воспитал плеяду анималистов, чьи картины отличают безупречно грамотное воспроизведение облика зверей и птиц, биологическая точность в отображении тех или иных событий, верно схваченное психологическое состояние животных, эстетически-философское осмысление природы и места человека в ней. Коте поставил себе цель создать «Третьяковку в биологии», художники состояли в штате и творили непосредственно в стенах музея по заказам директора.
Знакомство с эволюционными идеями, овеществленными подборкой натурных экспонатов, художественных произведений, современных медийных средств, дает представление о многоплановости и сложности формирования и развития теоретических основ биологии. Хотя эволюционная теория и является самостоятельной биологической дисциплиной, нельзя забывать, что это область, смежная со многими отраслями естествознания, социальными науками и философией.
В настоящее время Государственный Дарвиновский музей — единственный музей в России, полностью посвященный теории эволюции, — является методическим центром для естественно-научных музеев. Ежегодно здесь проводятся более 2500 экскурсий и 60 экспозиций, научно-познавательные праздники, конференции, разрабатываются выставочные и образовательные проекты.
Владимир Николаевич Домогацкий — один из крупнейших мастеров скульптуры первой трети XX века в России. Он работал как анималист, портретист и жанрист, в ранний период деятельности испытал влияние О. Родена, П. П. Трубецкого, Р. Бугатти. Произведениям ваятеля свойственны камерность, лиризм, легкость, «подвижность» лепки.
В собрании Дарвиновского музея творчество скульптора представлено погрудным портретом А. Ф. Котса из белого норвежского мрамора, созданным с присущими манере автора строгостью, красотой, благородством и тончайшей пластической нюансировкой объемов. Александр Федорович Коте (1880–1964) — профессор, доктор биологических наук, основатель и первый директор Дарвиновского музея. Скульптор утверждал, что главная задача портрета — выявление человеческой души. В обработке поверхности глыбы, из которой вырастает голова ученого, видна импрессионистическая мягкость, своего рода «вуаль» из света и воздуха. Домогацкий часто прибегал к приему сочетания в композиции гладкой и шероховатой фактуры камня.
Родоначальник московской анималистической школы, российский скульптор, живописец, автор многочисленных станковых произведений и книжных иллюстраций Василий Алексеевич Ватагин по праву считается одним из «сооснователей» Дарвиновского музея. Его сотрудничество с музеем продолжалось 45 лет, с 1908 по 1953. Работы мастера записаны в книге поступлений фонда изобразительного искусства под первыми номерами.
Скульптурный портрет Надежды Николаевны Ладыгиной-Котс (1889–1963), очевидно, был выполнен Ватагиным в пару к бюсту ее супруга, А. Ф. Котса, работы В. Н. Домогацкого, автору удалось создать лиричный и проникновенный образ. Ладыгина-Котс — выдающийся ученый, психолог, убежденный дарвинист. В 1913 она возглавила зоопсихологическую лабораторию, основанную при Дарвиновском музее. Монография «Дитя шимпанзе и дитя человека», изданная в 1935, принесла Надежде Николаевне мировую славу. Своими трудами Ладыгина-Котс заложила фундамент нового раздела психологической науки — психологии антропогенеза.
Одна из редчайших книг — «История змей и драконов» итальянского натуралиста Уллиса Альдрованди. Он являлся гуманистом, врачом, ботаником, энтомологом и зоологом эпохи Возрождения. Альдрованди изучал науки в университете Болоньи, затем продолжил образование в Падуе. В 1553 получил ученую степень в области медицины и философии и начал преподавать логику и философию в альма-матер. В 1561 Альдрованди стал первым профессором естественных наук в Болонье. При его активном участии было сделано 17 томов зарисовок растений, животных, минералов. Альдрованди собрал обширную коллекцию естественно-научных предметов (завещал ее городскому Сенату), а также основал ботанический сад, существующий в Болонье и по сей день.