本館標本典藏庫面積約有1789平方公尺（541坪），佔全館總面積3%。典藏庫計有考古學研究標本典藏室、考古學器物典藏室、環境史標本典藏室、人類學標本典藏室、人類學織品典藏室、標本影像資料室、大型標本典藏室、臨時收藏室等八間典藏區域，主要收藏本館考古學、人類學、地質學、古生物學之標本與文物。周圍還包括收發室、標本檢疫／冷凍處理室、攝影室、考古學工作室以及展示準備區等工作區域。
　　典藏區空調系統採儲冰式中央空調恆溫恆濕系統控制典藏庫內之溫溼度，採24小時運轉，獨立於展場及辦公區域之外。全區室內溫度維持在20℃±1℃，相對溼度維持在50%RH±5%RH，域照明採標準色溫低紫外線日光燈管，室內消防系統採FM200氣體式滅火系統，大大降低各式環境因子與災害對標本文物的潛在傷害。
　　為提高典藏室空間使用效能並因應未來本館標本成長需求，採用高密度移動櫃系統。典藏庫地板舖設埋入式軌道，上置移動櫃臺座，臺座上依所收藏器物標本種類、大小，安裝托盤、抽屜、格板式等櫥櫃或開放式棚架、壁板、懸臂架收藏。
標本典藏採封閉式及開放式兩種收藏系統：

1. 封閉式收藏系統
　　中小型標本、珍貴標本、脆弱或環境敏感標本等採封閉式收藏系統。標本文物收藏於金屬櫥櫃中保存，以達到隔絕灰塵、潮溼、蟲害、光害、水災、火災、酸害、竊盜等功能。

2. 開放式收藏系統
　　大型與重型標本因標本形狀、尺寸大小不一，採取開放式棚架、懸臂架、壁板收藏，增加收藏空間使用之機動性。櫃架外並加裝無酸棉布簾幕，以隔絕光害與灰塵。
　　大型標本典藏室搭配塑膠棧板與電動堆高機，可搬運超重型標本。每間典藏室另配有登高階梯車、托盤手推車、圍網撿料車、摺合式推車等標本搬運工具。典藏室內設有工作桌數位典藏管理系統查詢工作站，提供研究與典藏人員查閱標本與資料庫。