אוסף החולייתנים (יונקים, עופות, זוחלים,  דו-חיים ודגים) במוזיאון הזואולוגי של אוניברסיטת תל אביב הוא מן העשירים באסיה והגדול מסוגו במזרח הים התיכון ובמזרח התיכון. האוסף מכיל יותר מ-165,000 פריטי אוסף מאזורים שונים בעולם, המייצגים כ-3,500 מינים. כ-80% מכלל המוצגים באוסף הם מישראל. האוסף ממוחשב כולו ומסד הנתונים מכיל גם נתוני גודל לרבים מהמוצגים. חלק נרחב מנתונים אלו יהיה זמין בקרוב באתר האינטרנט.

תחילתו של האוסף בתחילת שנות החמישים של המאה ה-20, בסמוך להקמת אוניברסיטת תל אביב, אך הוא מכיל גם אוספים בעלי חשיבות היסטורית מסוף המאה ה-19 ותחילת המאה ה-20 (לדוגמה האוספים של ארנסט שמיץ וישראל אהרוני, המכילים כמה מהפרטים האחרונים של חולייתנים שנכחדו מישראל כמו תנין היאור, הברדלס ולבנון החולה).

האיסוף הגיע לשיא בשנות השישים ותחילת השבעים. בעוד שבעבר מאמצי האיסוף היו מכוונים למינים ספציפיים, בשנים האחרונות עיקר האיסופים היו במסגרת סקרי מגוון מינים שעשו שימוש במלכודות נפילה. עקב זאת התקבלו לאוסף פרטים רבים של יונקים קטנים, דו חיים חסרי זנב (צפרדעים וקרפדות) ולטאות.

כמו כן בשנים האחרונות מופקדות באוסף דגימות דגים רבות ממחקר המתעד את השינויים הנרחבים במגוון הביולוגי המתרחשים במזרח הים התיכון כתוצאה מהתחממות המים והמשך החדירה של מינים זרים מים סוף.האוספים הם גם משכנם של פריטים שנאספים עלי ידי פקחים של רשות הטבע והגנים. אוספי החולייתנים משמשים ככלי מחקר וכלי לימוד כאחת. מחקרים רבים מנצלים את העושר הרב של פריטים ממינים ארץ ישראליים הנמצאים באוספים כדי לענות על שאלות העוסקות בשונות גיאוגרפית של אוכלוסיות ובהיסטוריה של הפאונה בישראל. בתחום החינוך האוספים עומדים לרשותם של סטודנטים לביולוגיה מאוניברסיטת תל אביב וסטודנטים ממוסדות אקדמאים אחרים וכן לרשותם של תלמידי בית ספר במסגרת הפעילות של קמפוס טבע.

אוסף חולייתני היבשה כולל ארבעה אוספים:

אוספים