Музей естествознания в Санта-Барбаре знакомит посетителей с разносторонней коллекцией предметов, рассказывающих о животных и природе в целом. Зоологический фонд музея насчитывает 3 миллиона экземпляров беспозвоночных и 50 тысяч чучел позвоночных животных. Особое место в экспозиции занимают представительные коллекции насекомых, птичьих яиц и гнезд, а также антропологическое собрание из 75 тысяч предметов, иллюстрирующее историю местных индейских племен.
Кроме того, в Музее естествознания в Санта-Барбаре демонстрируются старинные географические карты, рисунки и картины художников-анималистов. В состав этого учреждения входит также большая библиотека специализированной литературы, планетарий Глэдвина и Морской центр Ти Уорнера, в котором изучают биологию китообразных. В музее регулярно проходят выставки живых организмов, например, медуз, морских коньков и небольших акул. Рядом с музеем находится историческое здание Старой миссии и Ботанический сад.