Відділом створено ряд пересувних та стаціонарних виставок, основним завданням яких є популяризація серед населення природоохоронних та екологічних знань. Такими виставками стали: фотовиставки «Збережемо первоцвіти», «Національний природний парк «Кармелюкове Поділля», пересувні виставки «Рослинний світ Вінницької області», «Червона книга Вінницької області».

Вже шість років поспіль в музеї в рамках проекту «Збережи ялинку» проходить виставка конкурс-новорічних композицій «Зимова феєрія», яка є спільним проектом музею та департаменту освіти Вінницької міської ради. Щорічно неперевершений новорічний настрій створюють більше 200 робіт вихованців дошкільних навчальних закладів та учнів шкіл міста, виготовлених в найрізноманітніших техніках.

Особливу увагу в своїй роботі працівники відділу приділяють чорнобильській тематиці: спільно з департаментом праці і соціального захисту населення Вінницької міської ради та за участі мистецьких закладів Вінниці щорічно проводиться виставка-конкурс дитячого малюнку «Світ навколо нас»; спільно з міською організацією «Союз Чорнобиль України» відбуваються вечори пам’яті постраждалих внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС; проводяться тематичні екскурсії, лекції, здійснюються виїзди автомузею з пересувною виставкою «Під чорним крилом Чорнобиля».

Співробітниками відділу проводиться ґрунтовна робота по створенню нової експозиції залів природи: підготовлені концепція, тематико-структурний та тематико-експозиційний плани, розроблено сучасний дизайн-проект майбутньої експозиції.

Результатом збирацької роботи є поповнення музейної збірки палеонтологічними, мінералогічними, ентомологічними експонатами, фото заповідних територій Вінниччини, матеріалами, які висвітлюють чорнобильську тематику, екологічну ситуацію області.

В останній час відреставровано експонат – візитівку Вінницького обласного краєзнавчого музею – кістяк мамонта.

Експозиція відділу розміщена в музейних залах №1-4.