Intorno alla metà del Cinquecento, il naturalista francese Guillaume Rondelet, autore di un famoso trattato sui pesci, di passaggio a Firenze, osservava una carcassa di capodoglio esposta sotto la Loggia dei Lanzi: il fetore emanato dal corpo del gigantesco cetaceo, arenatosi sulle coste pisane, non frenò lo stupore e l'entusiasmo dei cittadini. Nel suo soggiorno fiorentino del 1577, il grande naturalista bolognese Ulisse Aldrovandi prendeva nota dei moltissimi esemplari di pesci e altri animali conservati nelle collezioni granducali e presso i privati "gabinetti di curiosità". Aldrovandi scambiava informazioni e immagini degli animali più rari e bizzarri con i granduchi Francesco I e Ferdinando I de' Medici: serpenti velenosi, felini, animali mostruosi, pesci sorprendenti, persino la spettacolare "gran bestia", ossia l'alce. In quegli anni, nella Corte fiorentina era attivo Iacopo Ligozzi, incaricato di dipingere esemplari custoditi nei "serragli" granducali di piazza San Marco. E proprio nei "serragli" granducali il celebre anatomista Gabriele Falloppio eseguiva dissezioni di leoni per dimostrare, contrariamente a quanto sostenuto da Aristotele, che le ossa del feroce animale sono cave.

Nel Seicento l'eredità galileiana, passata attraverso l'Accademia del Cimento, fu raccolta da Francesco Redi. Avvalendosi degli strumenti conservati nelle collezioni di Corte, Redi effettuò importanti osservazioni al microscopio . Nelle Esperienze intorno alla generazione degli insetti del 1668 confutò la millenaria teoria della generazione spontanea di insetti, secondo la quale gli animali potevano generarsi dal terreno o dalle sostanze in putrefazione, grazie ad un efficace esperimento, che introduceva nel metodo scientifico la procedura seriale e il confronto tra esperimenti di ricerca ed esperimenti di controllo.

Nel 1677 il Granduca Cosimo III fece costruire il serraglio nel Giardino di Boboli: vi furono collocati leoni, struzzi, cammelli, scimmie, pappagalli, studiati da Francesco Redi e ritratti da Bartolomeo Bimbi e Andrea Scacciati. Nel 1682, su consiglio di Lorenzo Magalotti, il Granduca acquistò la collezione di conchiglie del naturalista olandese Georg Eberhard Rumph.

Nel secolo dei lumi numerose furono le iniziative editoriali in campo zoologico. Nel 1742 fu pubblicato a Firenze l'Index Testarum Conchyliorum di Niccolò Gualtieri, medico di casa Medici e professore a Pisa. Le splendide tavole disegnate da Giuseppe Menabuoni riproducevano esemplari in parte ancora oggi conservati nel Museo di Storia Naturale pisano. Tra il 1767 e il 1776 fu pubblicata la monumentale Storia naturale degli Uccelli di Saverio Manetti, dedicata al Granduca Pietro Leopoldo. Nel 1775, con la creazione del pubblico Museo fiorentino di Fisica e Storia Naturale, affidato a Felice Fontana, la Toscana si pose all'avanguardia in Europa nella ricerca scientifica. Erede dei reperti zoologici è oggi il Museo della Specola.

Agli inizi dell'Ottocento, l'insegnamento universitario della storia naturale fu diviso in varie discipline specifiche e la zoologia acquisì uno status di scienza autonoma. A Firenze, l'insegnamento di zoologia fu affidato ad Attilio Zuccagni e a Filippo Nesti, mentre a Pisa la cattedra fu assegnata a Paolo Savi, curatore del Museo di Storia Naturale. Nello stesso periodo nacque anche la veterinaria come disciplina autonoma.

Lo sviluppo storico della zoologia in Toscana è documentato da prestigiosi musei, spesso inseriti in contesti storici di grande pregio, come il Museo di Storia Naturale e del Territorio di Calci, il Museo Anatomico Veterinario di Pisa, la Sezione di Zoologia ("La Specola") del Museo di Storia Naturale dell'Università di Firenze, il Museo di Storia Naturale dell'Accademia dei Fisiocritici di Siena e la collezione naturalistica del Liceo Classico "Nicolò Machiavelli" di Lucca.

Particolarmente interessanti risultano anche musei e centri di più recente istituzione. Fra questi, meritano una visita il Centro di Scienze Naturali di Galceti, il Museo di Storia Naturale della Lunigiana di Aulla, il Museo di Storia Naturale del Mediterraneo e l'Acquario Comunale "Diacinto Cestoni" di Livorno, il Museo del Mare di Piombino e il Museo di Storia Naturale della Maremma di Grosseto.

Numerose collezioni, infine, sono destinate prevalentemente alla divulgazione e ad aspetti specifici della zoologia. Si segnalano, in particolare, il Museo Ornitologico "Carlo Beni" di Stia, la Collezione Ornitologica Lensi del Museo di Fucecchio, il Museo Civico Zoologico di Capannoli, il Museo Civico di Scienze Naturali e Archeologia della Valdinievole di Pescia, il Centro Espositivo di Scienze Naturali di Torre del Lago Puccini, il Museo di Storia Naturale di Rosignano Solvay, il Museo Ornitologico di San Gimignano e il Museo di Malacologia Terrestre di Sorano. Inoltre, reperti zoologici, raccolti con finalità didattiche, si trovano spesso nelle collezioni scolastiche.