Експозицията на съвременни бозайници е представена на третия етаж на музея в четири зали. Особено атрактивни във фоайето на музея са изложените мъжки и женски чистокръвни зубри, убити през 1915 г. в Силезия. Внушителна е и изправената на задни лапи двуметрова мечка от Рила, спечелила златен медал за най-голяма европейска мечка на Международната ловна изложба в Берлин през 1937 г.
В голямата зала на третия етаж са представени животни от различни систематични групи (примати, хищници, чифтокопитни, нечифтокопитни и др.) и от различни континенти (Европа, Азия, Африка, Ю. и С. Америка). Особено впечатление правят диорамите:
Африкански антилопи — 1989
Южноамериканска екваториална гора — 1999
Тигър в естествената му среда — 1999
Леопард в естествената му среда — 2001
Бял африкански носорог — 2004
Американски бизон и пума — 2004
Кафява мечка от България — 2005
В малката зала на третия етаж са представени особено редки експонати като еднопроходни и торбести от Австралийската област и непълнозъби (ленивци, броненосци и мравояди) от Южна Америка. Тук в колекцията гризачи е и уникалният монтиран на поза препарат на сънливеца
Myomimus roachi bulgaricus, известен само от Югоизточна България, Европейска Турция и турското анатолийско крайбрежие.