北京大学生物标本馆的标本汇集了北京大学生物系（院）、燕京大学生物系和清华大学生物系的生物标本，形成了现在的展示和馆藏规模。

北京大学生物标本的采集可追溯到光绪33年（1907）。那一年京师大学堂建立了博物实习科，培养动植物标本制作人才。现馆藏1908年的秋沙鸭（采于北京通县）等，就是那个时代采集的标本。1917年，时任北大校长的蔡元培先生聘任钟观光（1868-1940）为北大博物部副教授。钟观光先生于1918-1921年，历时四载，走遍福建、广东、广西、云南、浙江、安徽、江西、湖北、四川、河南和山西等十一省区，历尽艰难，共采得植物标本1万5千多号，木材、果实、根茎及竹类标本400多种，海洋动物500多种，建立了由我国学者主持的第一个生物标本室。其中一种采自广东新街的马鞭草科的标本，被命名为新属“Tsoongia”即钟木属或假紫珠属，拉丁属名是以钟观光的姓氏命名的，也是我国学者姓氏命名的第一个属名。钟观光先生主持采集的标本，后来鉴定证明为新种者多达几十个。他的植物标本（一部分）至今仍保存在本植物标本室，成为珍贵的历史见证。我国昆虫学奠基人胡经甫教授任教燕京大学15年期间，在全国采集了大量昆虫和其他无脊椎动物标本，期间完成了对中国襀翅目昆虫的调查研究，1938年发表了名著《中国襀翅目昆虫志》一书，系统总结了中国的研究成果，描述了襀翅目昆虫5科4亚科32属3亚属的139种，是襀翅目昆虫研究的世界权威之作。20世纪30-40年代，清华大学吴韫珍教授和李继侗教授等曾比较集中采集过河北省小五台山等地的标本以及云南的标本。新中国成立后，在北京大学任教的李继侗教授由于教学和科研的需要还采集过四川、河北以及北京市的植物标本。在北京大学100多年的标本采集、研究和保存过程中，胡经甫（1886-1972）、陈祯（1884-1957）和刘承钊（1900-1976）等前辈对标本的采集、鉴定和规范化均付出了大量心血，做出了杰出贡献。

1952年院系调整后，燕京大学生物系和清华大学生物系的标本汇集于北大，在生物学系建立了植物标本室、脊椎动物标本室和无脊椎动物及昆虫标本室，分别由植物学教研室、脊椎动物学教研室和无脊椎动物学教研室保存。北大生物系标本在1952年至“文化大革命”开始前，以及1980年后都陆续新增了部分植物、鸟类、鱼类、昆虫以及其他无脊椎动物的新标本。生命科学学院成立后，于2005年将原后小楼西侧2层的会议室（约400平方米）改造为标本室，并将分散保存的标本改为集中保管，按门类成了展示，供教学和科研之用。2013年学校为扩建图书馆，将图书馆北侧电话室移到了重新拆建了的后小楼。新建的后小楼西侧的3层约1000平方米（地下一层为馆藏标本、地上2层为展示标本）交与生命科学学院作为生物标本馆。目前，北京大学生物标本馆的馆藏量接近5万份。此外，尚有少量的日本、朝鲜以及苏联时期莫斯科大学赠送的部分标本。