本館の標本収蔵庫の面積は約1789㎡（541坪）で、全館総面積の3%を占めます。収蔵庫には考古学研究標本収蔵庫・考古学器物収蔵室・環境史標本収蔵室・人類学標本収蔵室・人類学紡織物収蔵室・標本映像資料室・大型標本収蔵室・臨時収蔵室など8つの収蔵区域があり、主に当館の考古学・人類学・地質学・古生物学の標本と文物が収められています。周囲には郵便物受付・標本検疫／冷凍処理室・撮影室・考古学作業室・展示準備室などの作業区域があります。

収蔵区のエアコンは氷蓄熱セントラルヒーティング恒温恒湿システムにより収蔵庫の中の温湿度は24時間コントロールされおり、展示場と事務エリア以外のシステムとは独立しています。全区の室内温度は20℃±1℃、相対湿度は50%RH±5%RHに維持されており、照明は標準色温の低紫外線蛍光管で、室内消防システムはFM200気体式消化システムを備え、いろいろな環境的要因や災害による文物への被害の危険性を大幅に下げています。収蔵室の空間使用率を高めるため、将来の標本の増加に対応できるように、高密度移動式システムラックを採用しています。収蔵区の床には埋設式軌道が敷設され、その上に移動式台座があり、台座上には収蔵物の種類、大きさによりそれぞれのトレー・引き出し・ボード式の棚・開放式の棚・壁板・ラックなどを置き、収蔵しています。

標本収蔵には密閉式と開放式の二種類の収蔵システムを採用しています。

1. 密閉式収蔵システム
中小型標本・貴重な標本・弱く環境の変化に敏感な標本などは密閉式収蔵システムを使います。標本を金属で覆われた棚の中で保存し、埃・湿気・害虫・水・火災・酸化・盗難から守ります。

2. 開放式収蔵システム 　　
大型あるいは重量のある標本や大きさが不揃いなものは、開放式の棚・ラック・壁板を使い収蔵し、収蔵区間の有効利用性を高めます。ラックの外側には無酸棉布をカバーを掛け、光と埃からまもります。

大型標本収蔵室はプラスチック板と電動フォークリフトを備えており、重い標本も移動できるようにしてあります。それぞれの収蔵室には梯子つきの台車・トレーカート・二段型トレーカート・折りたたみ式のカートなどの標本運搬用具も備えています。収蔵室内には作業用テーブル・デジタル収蔵管理システムの検索機器があり、研究及び収蔵作業人員の標本検索やデータベース検索に使われています。