Palazzo Poggi, sede del rettorato dell'Università di Bologna, conserva alcune collezioni storiche dell'Istituto delle Scienze, fondato nel 1711 da Luigi Ferdinando Marsili. 

L'Aula Carducci, dedicata all'omonimo poeta e dove egli insegnò, apre il percorso museale di Palazzo Poggi : sono conservati gli arredi originari, nonché il busto bronzeo eseguito a Roma dal Bastianelli. Di fronte si apre la sala dell'Ercole, con l'omonima statua in macigno scolpita nel 1730 da Angelo Piò, già situata nel cortile dell'edificio.

Palazzo Poggi ospita anche il Museo Storico dello Studio e dell'ottavo centenario che conserva centinaia di documenti dall'XI secolo, pergamene, codici, incunaboli, sigilli, lauree, statuti, donazioni, autografi, medaglie, insegne rettorali. Tra i tanti cimeli del museo figura la toga di Luigi Galvani. Sono esposti, inoltre, più di venti ritratti ad olio e circa seicento opere distribuite nelle sale del rettorato e della biblioteca. Nella collezione figurano opere di Donato Creti, Lucia Casalini Torelli, Vandi, Zanotti, Keeble, Crescimbeni, oltre al busto marmoreo di Eustachio Manfredi, scolpito dal celebre anatomista Ercole Lelli.

Il Museo Aldrovandiano a Palazzo Poggi, conserva una parte esigua dell'ingente patrimonio che formava la collezione donata al Senato nel 1603. Il nucleo Aldrovandiano espone, nelle bacheche settecentesche, le splendide tavole acquarellate che corredano i volumi della 'Storia Naturale' insieme a minerali, fossili, animali essiccati o impagliati, la celebre 'Ranina Aldrovandi', preparati di origine vegetale o animale. I materiali delle raccolte comprendono anche il carteggio e le opere del naturalista illustrate da una collezione di tavolette xilografiche, un ricco erbario in sedici volumi, quattro ritratti, uno dei quali del Palagi, e un ritratto a mosaico di Benedetto XIV.

Il Museo Marsiliano venne inaugurato a Palazzo Poggi nel 1714 e si articola in due vani del palazzo ed è in buona parte costitutito da materiali cartacei. Qui figurano i manoscritti e le opere a stampa che documentano gli studi del Marsili dall'antichità classica all'arte militare, dalla geografia all'etnologia fino alle scienze naturali. Sono anche visibili modelli in legno di fortificazioni, come pure modelli in bronzo di cannoni e di mortai provenienti dalle stanze di architettura militare dell'Istituto delle Scienze. Dal medesimo provengono carte geografiche, manoscritti e disegni.

Il Museo delle navi e delle antiche carte geografiche, ordinato all'interno di Palazzo Poggi, presenta dieci rarissimi modelli di varie imbarcazioni, galeoni, vascelli da guerra realizzati dal Cinquecento al sec. XVIII, fra i quali Le Royal Louis, Le Bien Aim (1771) e Le Vainqueur. Una sezione del museo raccoglie importanti tavole incisesu rame del XVII secolo pubblicate a Bologna, Parigi, Marsiglia, Amsterdam e in Inghilterra.

La Specola e Museo di Astronomia è allestito dal 1979 in tre ambienti dell'edificio della Specola, di Palazzo Poggi per la cui costruzione già nel 1702 il generale Marsili si era rivolto ad Eustachio Manfredi.