Le collezioni conservate presso il museo sono riferite principalmente al territorio valdostano. Derivano da donazioni e raccolte effettuate da specialisti nei vari settori delle scienze naturali, da prestiti di Istituzioni e di privati. Si tratta prevalentemente di reperti relativi al XX secolo e, in minor misura, alla seconda metà del secolo precedente.
E' possibile consultare le collezioni museali attraverso una banca dati digitale, creata nell'ambito del progetto Interreg Italia Svizzera Bio-montagne, concluso nel 2014. La banca dati digitale, attualmente in fase di aggiornamento, permette di effettuare ricerche rapide dei campioni d'interesse e ottenere una loro visualizzazione ad alta risoluzione, un ingrandimento dei dettagli nonché la visualizzazione delle informazioni sintetiche correlate.
Banca dati digitale
Il cuore delle collezioni mineralogiche e petrografiche del Museo regionale di Scienze naturali E. Noussan è rappresentato dalle raccolte che il canonico Pierre-Louis Vescoz donò al Museo della Société de la Flore Valdôtaine nel 1905. Le raccolte comprendono campioni di provenienza prevalentemente valdostana e sono state incrementate nel corso degli anni grazie a donazioni successive.
Tra le collezioni botaniche conservate presso il museo, particolare interesse storico e scientifico riveste la collezione lichenologica dell’Abbé Joseph-Marie Henry (1870–1947), figura di spicco nella storia della Valle d'Aosta, che negli anni raccolse licheni di provenienza valdostana.
Collezione briologica
La collezione comprende 416 campioni raccolti in occasione di ricerche condotte fra il 2011 e il 2012 dal dott. Luca Miserere.
La xiloteca comprende essenzialmente due piccole collezioni storiche già appartenute al Museo della Société de la Flore Valdôtaine, la quale ne conserva tuttora la proprietà. Si tratta delle collezioni Vintani e Favre, risalenti ai primi decenni del XX secolo.
La collezione di flora vascolare conta attualmente oltre 4.000 campioni d'erbario, fra pteridofite, gimnosperme ed angiosperme. E' conservata in speciali armadi, rigorosamente suddivisa per collezione e categoria sistematica e protetta in cartelline rigide. Gran parte dei reperti sono stati raccolti in Valle d'Aosta, ma non mancano campioni provenienti da altre parti d'Italia e, più raramente, dall’estero. Su richiesta, l'erbario del museo può essere consultato per documentati motivi di studio o di ricerca.
Il Museo conserva diverse collezioni entomologiche di importante rilievo come: la collezione Bocca-Debernardi con esemplari appartenenti all’ordine dei Coleotteri, famiglie dei Curculionidae, Bruprestidae, Cerambycidae e Carabidae; la collezione Manino che include 143 specie di farfalle diurne e la collezione Hellman, Brockmann e Kristall che comprende esemplari di macrolepidotteri di cui la Valle d'Aosta è particolarmente ricca, presentando ben 1.141 diverse specie tra cui alcuni endemismi e diverse specie osservate per la prima volta in Italia.
La collezione ornitologica conta 700 reperti ed è composta da collezioni storiche provenienti dall'originario Museo della Société de la Flore Valdôtaine, da collezioni che la Regione Autonoma Valle d'Aosta ha acquistato dall'associazione LIPU e poi ceduto al museo, dalla collezione Bocca e da altre donazioni private.
La collezione di mammiferi conta più di 65 reperti. Una parte proviene dall'originario Museo della Société de la Flore Valdôtaine, mentre gli altri reperti appartengono a collezioni private.