В Биологическом зале музея отражены различные ландшафты Челябинской области и Ильменского заповедника, богатство растительного и животного мира. Ильменский заповедник располагается в переходной полосе от горно-лесного Урала к лесостепи Зауралья. На его территории, занимающей площадь в 303 кв. километра, встречаются хвойные таежные леса и фрагменты разнотравно-злаковых степей, северные сфагновые болота и кустарниковые степи. А горный, расчлененный многочисленными логами рельеф, девять речек и почти три десятка озер создают в каждой местности свой микроклимат, свою особую среду для жизни растений и животных. На территории заповедника насчитывают более 1250 видов сосудистых растений, 483 вида водорослей, около 140 мхов и более 500 видов грибов. Животный мир насчитывает 57 видов млекопитающих, 173 – птиц, 19 видов рыб, 6 – пресмыкающихся и 5 видов земноводных.
Центральную часть Биологического зала занимает объемная диорама «Времена года», одна из самых крупных биологических диорам в России. Диорама отражает поперечный профиль Ильменского заповедника с запада на восток от золотоносной долины реки Миасс через самую высокую точку горы Ильмен-Тау (747 метров над уровнем моря) к берегам заповедного озера Большое Миассово. Крутой западный склон Ильменского хребта представлен горно-таежным ландшафтом и характерной для него флорой и фауной. В диораме экспонируются несколько различных биогрупп, изображенных в разные времена года в типичных для их обитания ландшафтах Ильменского заповедника. В небольших витринах по периметру зала представлены основные природные зоны Челябинской области от горных тундр и темнохвойной тайги, через сосновые и березовые леса до лесостепи и степных ландшафтов с солеными озерами. В каждой диораме показаны характерные для данной местности группы животных.
