La Colección Científica del DPV cuenta con cerca de 4000 especímenes procedentes de todo el Perú. En 1999, con la formación del DPV, se iniciaron trabajos de rescate y colecta de fósiles de vertebrados en la costa sur del Perú. En el 2001, la importante colección del desaparecido Laboratorio de Paleontología de Vertebrados de la Universidad Peruana Cayetano Heredia fue cedida al Museo de Historia Natural - UNMSM. A partir del 2002, los trabajos de campo que inicialmente fueron realizados en los depósitos miocénicos del área de Sacaco (Arequipa), se expandieron a otras épocas y áreas geográficas (Ica: Eoceno-Mioceno, Pleistoceno; Moquegua: Oligoceno-Mioceno; Iquitos: Mioceno-Plioceno, Loreto, Ucayali y Madre de Dios: Eoceno-Mioceno; Cusco: Mioceno; Huánuco: Pleistoceno; Lima: Pleistoceno; etc.). Actualmente, la colección de fósiles de vertebrados del DPV es la más importante de todo el territorio peruano. Algunos de los fósiles descritos y muchos aún en proceso de investigación, representan géneros y especies nuevas para la ciencia. Entre los holotipos que alberga nuestra colección podemos citar los siguientes:
MUSM 1871 Cachiyacuy contamanensis Antoine et al., 2011 Fm. Yahuarango, Eoceno medio
MUSM 1882 Cachiyacuy kummeli Antoine et al., 2011 Fm. Yahuarango, Eoceno medio
MUSM 1890 Canaanimys maquiensis Antoine et al., 2011 Fm. Yahuarango, Eoceno medio
MUSM 1465 Supayacetus muizoni Uhen et al., 2011 Fm. Paracas, Eoceno medio
MUSM 1442 Ocucajea picklingi Ocucajea picklingi Uhen et al., 2011 Fm. Paracas, Eoceno medio
MUSM 1676 Livyatan melvillei Lambert et al., 2010 Fm. Pisco, Mioceno medio