La collection de mammifères comporte des espèces communes et plus rares, provenant du monde entier.
La série des singes, qui comporte plus de 80 espèces différentes, est elle aussi particulièrement intéressante.
Mais la vedette du Musée est sans conteste l'éléphant du Cirque Pinder. Cette femelle est morte pendant l'hivernage du cirque à Lavilledieu-du-Temple, en 1894. Elle fut offerte au Musée par la famille Pinder.
La préparation de l'animal dura un an, et fut effectuée par M. Bonhenry, taxidermiste toulousain. Pendant ce temps, on prépara la salle destinée à recevoir cette pièce imposante. L'animal naturalisé fut transporté par train spécial de Toulouse à Montauban, puis installé au deuxième étage du Musée, où il se trouve toujours. Le squelette, préparé lui aussi, fut longtemps exposé.
Une centaine d'espèces animales rares, éteintes ou en voie d'extinction sont représentées au Musée.

Mammifères
Tapir (Tapirus terrestris)	Tigre (Panthera tigris)

Singes
Maki catta (Lemur catta)
Entelle (Presbytis entellus)	Orang-outang (Pongo pygmaeus)

Eléphant du cirque Pinder
Eléphant d'Asie (Elephas maximus)

Espèces éteintes, rares, en voie d'extinction
	Pigeon migrateur américain (Ectopistes migratorius) : Cet oiseau, qui vivait en groupes de plusieurs millions d'individus sur la côte Est des Etats-Unis au 18eme siècle, a totalement disparu. Le dernier spécimen est mort en captivité vers 1920. Cette espèce a été victime d'une chasse intensive, mais aussi probablement d'une grave épizootie.
Petit Singe-lion (Leontideus rosalia) Ce petit singe vivant dans les forêts pluviales d'Amérique du sud, en particulier en Amazonie, est en voie d'extinction en raison de la réduction de son habitat, causée par la déforestation. Des élevages permettent des tentatives de repeuplement
Loutre (Lutra lutra) Autrefois largement répandue partout dans les rivières et sur les côtes de France, la Loutre a été presque exterminée par la chasse et le piégeage, interdit depuis 1972. La fragmentation de son habitat et la pollution des rivières sont actuellement les dangers principaux qui mettent l'espèce en péril. Le spécimen exposé au musée a été capturé dans le Tarn à Montauban en 1895.