Environ 550 vertébrés (60 espèces de mammifères et oiseaux) occupent actuellement le quart de la Citadelle. Cet espace zoologique et scientifique permet petit à petit de fédérer et compléter de façon cohérente les activités du Muséum, un établissement déjà considéré comme l'un des plus originaux de France par la présentation de collections vivantes très variées.

Résolument pédagogique, le Jardin zoologique met l'accent sur la préservation et la reproduction des espèces animales menacées. Ainsi, les espèces présentées sont sélectionnées en grande partie en fonction de leur statut de menace et de conservation, mais également pour l'intérêt de leurs comportements sociaux.

Au cours des dernières années, le Muséum a acquis une solide réputation auprès des établissements zoologiques à l'échelle mondiale. 60 % des espèces présentées au Jardin zoologique sont intégrées dans des programmes d'élevages européens ou internationaux (EEP, ESB, SSP...). Ces programmes regroupent les établissements zoologiques qui le souhaitent autour d'un même but : constituer des populations animales captives viables au niveau génétique.

Le Jardin zoologique est divisé en 3 grands secteurs. Le secteur des primates abrite plus de 20 espèces. Il est divisé en deux parties. La première héberge de multiples espèces de tamarins, ouistitis et surtout de lémuriens en voie de disparition. La seconde partie, quant à elle, est constituée de grandes cages végétalisées où évoluent des espèces de différents continents. Vous pourrez par exemple observer les comportements des gibbons d'Asie, des babouins d'Afrique et des saïmiris d'Amérique du Sud.
Le secteur des carnivores héberge 3 espèces. Les tigres de Sibérie et les lions d'Asie évoluent dans des parcs paysagers mimant leur habitat naturel et séparés par un espace dédié à un groupe de mangoustes fauves. De larges baies vitrées panoramiques permettent l'observation et la découverte des animaux au plus près en toute sécurité.
Le secteur des oiseaux présente plus de 20 espèces. Ce secteur se décompose en deux parties. Tout d'abord, une vaste volière ouverte au public abrite plusieurs espèces d'oiseaux aquatiques telles que flamants, ibis et vanneaux. Puis, une dizaine d'autres volières présente des oiseaux exotiques de diverses origines : calaos, aras, cacatoès, martins de Rothschild et bien d'autres encore. Venez flâner au sein de ces aménagements propices à la découverte et à la rencontre avec la nature !

De part et d'autre du Muséum, vous pourrez également découvrir de larges enclos abritant des herbivores du monde entier comme les sangliers des Visayas, les cerfs du Prince Alfred ou encore les vigognes. Vous pourrez aussi retrouver deux espèces de macropodes d'Australie, les kangourous roux et les wallabies des rochers. Le Muséum de Besançon a d'ailleurs été le premier parc européen à accueillir cette espèce rare de wallabies en 2009 !