Dział Przyrody w strukturze obecnego muzeum został wyodrębniony w 1957 roku. Historia tworzenia kolekcji przyrodniczej sięga jednak czasów przedwojennych. Eksponaty przyrodnicze, liczone wówczas w dziesiątkach tysięcy egzemplarzy, stanowiły główny trzon dawnej kolekcji muzealnej. Aktualnie zbiory Działu Przyrody, na które składają się kolekcje tematyczne: botaniczna, zoologiczna, paleontologiczna i geologiczna, liczą blisko 12 tys. pozycji inwentarzowych, pod którymi kryje się około 45 tys. okazów. Dział Przyrody znajduje się w Muzeum Czynu Powstańczego w Górze św. Anny.
Kolekcję botaniczną, uznawaną za jedną z cenniejszych w kraju, tworzy doskonale metrykowany herbarz, zawierający zbiór roślin naczyniowych z lat: 1855-1940 z terenów spoza dzisiejszej Polski, 1829-1943 z terenów dzisiejszej Polski, 1951-1976 z obszaru Polski, a także zbiór mszaków z lat 1925-1939 i 1946-1948. Ten unikatowy zielnik służy jako cenny materiał do badań taksonomicznych i morfologicznych, z którego chętnie korzystają różne placówki naukowe w kraju. Spośród najbardziej zasłużonych autorów alegatów zielnikowych dokumentujących szatę roślinną Śląska, w tym Opolszczyzny, z czasów przedwojennych należy przede wszystkim wymienić Carla Dziatzko oraz Karla Bialuchę, a z okresu powojennego znamienitego opolskiego botanika i wieloletniego kierownika Działu – Stanisława Michalaka.
Najbardziej zróżnicowaną grupę muzealiów przyrodniczych stanowią zbiory zoologiczne. Wśród nich najbogatszym w okazy jest zbiór entomologiczny, który tworzą m.in.: poniemiecka kolekcja krajowych i egzotycznych owadów (głównie chrząszczy i błonkówek) wybitnego śląskiego entomologa Edwarda Josepha Scholza, kolekcja motyli nocnych zebranych przez Mariana Bielewicza w rezerwacie Ligota Dolna koło Gogolina w latach 1960-1963, część cennego zbioru ważek Leona Sawkiewicza odłowionych na Śląsku w latach 50. i 60. XX wieku, a także liczący już kilka tysięcy okazów zbiór ważek i chrząszczy wodnych Opolszczyzny, pozyskanych współcześnie przez obecnych pracowników Działu. Odrębną grupę muzealiów zoologicznych stanowi kolekcja preparatów dermoplastycznych ptaków i ssaków (łącznie pół tysiąca egzemplarzy), znacząco powiększona w ciągu ostatnich kilku lat (wzrost o 180% od 2007 roku). Większość dawnych eksponatów pochodzi ze starych, dobrze zakonserwowanych zbiorów poniemieckich. Ponadto w zasobach naturaliów zoologicznych Dział posiada inne warte uwagi kolekcje: konchiologiczną, oologiczną i osteologiczną.
W trakcie trwającej już ponad 100 lat działalności kolekcjonerskiej udało się także zgromadzić cenny materiał paleontologiczny w postaci różnych form skamieniałości kopalnej fauny i flory oraz materiał geologiczny w postaci skał i minerałów. Na obie kolekcje składają się głównie zbiory poniemieckie.
Współcześnie, w ramach działalności naukowej, prowadzone są badania terenowe głównie w zakresie ornitologii i entomologii. Realizowane są m.in. takie projekty jak: czynna ochrona błotniaka łąkowego na Śląsku, obrączkowanie ptaków przy współpracy ze Stacją Ornitologiczną Muzeum i Instytutu Zoologii PAN w Gdańsku, a także monitoring występowania ważek na Opolszczyźnie, połączony z pozyskiwaniem okazów oraz tworzeniem dokumentacji fotograficznej.
Od grudnia 2006 roku siedziba Działu Przyrody znajduje się w Muzeum Czynu Powstańczego w Górze św. Anny, w którym to organizowane są czasowe wystawy przyrodnicze oraz realizowana jest bogata oferta edukacyjna w formie: wykładów, lekcji muzealnych, warsztatów terenowych oraz konkursów.