Zafascynowany tym zagadnieniem, zakupił w 1716 r. całą kolekcję preparatów i zbiory należące do innego holenderskiego anatoma Albertusa Seby (1665–1736), współpracującego z rosyjskim dworem od roku 1711. Dbając o wzbogacanie tej specyficznej kolekcji o kolejne eksponaty, Piotr I wydał dekret nakazujący przesyłanie do Petersburga z całego imperium m.in. zdeformowanych płodów. W budynku Kunstkamery mieściły się także specjalistyczna biblioteka oraz pierwsze w kraju teatr anatomiczny i obserwatorium astronomiczne, działające tu do czasu otwarcia w 1839 r. nowego obserwatorium w podmiejskim wówczas Pułkowie [Пулково]. Po pożarze z 1747 r. Kunstkamerę odbudowano w latach 1754–1758 według projektu architekta Sawy I. Czewakinskiego (1709 lub 1713 – między 1772 a 1783).

Z czasem zaczęło gromadzić w niej także zbiory etnograficzne, będące pokłosiem rozlicznych ekspedycji naukowych, organizowanych przez utworzone w 1845 r. Cesarskie Rosyjskie Towarzystwo Geograficzne, działających zarówno na terenach Imperium Rosyjskiego, jak i poza jego granicami. Część z nich posłużyła w 1836 r. do zorganizowania innych stołecznych placówek muzealnych, tj. muzeum zoologicznego i botanicznego. Bazując na wspomnianych wyżej zbiorach, Muzeum Antropologii i Etnografii stało się cenioną placówką naukową podległą RAN, prowadzącą badania w zakresie etnografii, antropologii, rozwoju dawnych kultur i języków, etnolingwistyki oraz ochrony dziedzictwa kulturowego i historii nauki. Obecnie jego stała ekspozycja, licząca ponad 2 mln eksponatów, składa się z 16 działów poświęconych kolejno: wybitnemu chemikowi Michaiłowi W. Łomonosowowi (1711–1765), który pracował w Kunstkamerze w latach 1741–1765, początkom RAN, historii budowy Kunstkamery, pierwszemu obserwatorium astronomicznemu RAN, przywiezionemu nad Newę w 1717 r. ze Szlezwiku Holsztynu jako prezent dyplomatyczny ponad 3-metrowemu globusowi Piotra I, wspomnianym wyżej zbiorom anatomicznym cara reformatora (obecnie kolekcja anatomiczna liczy ponad 2 tys. eksponatów), a wreszcie zbiorom etnograficznym z Ameryk Północnej i Łacińskiej, Afryki, Indochin, Indii, Indonezji, Japonii, Mongolii, Chin, Korei oraz Bliskiego Wschodu i Azji Centralnej.

Trzon przechowywanej tu w dziale japońskim kolekcji etnograficznej stanowią artefakty dostarczone przez brata przyszłego Naczelnika Państwa, badacza ludów i kultur Dalekiego Wschodu Bronisława Piłsudskiego (1866–1918), który większość swych prac poświęcił kulturze i etnografii ludowi Ajnów, zamieszkującemu południową część Sachalinu oraz Wyspy Japońskie i Kurylskie (obecnie głównie wyspę Hokkaido). W Rosji współpracował on m.in. z placówkami muzealnymi w Chabarowsku i Poście Aleksandrowskim (stolica Sachalinu) oraz muzeum Towarzystwa Poznania Kraju Amurskiego, najciekawsze eksponaty etnograficzne przekazywał jednak do petersburskiego Muzeum Antropologii i Etnografii w Kusntkamerze. Jego spuścizna rękopiśmienna i fotograficzna znajduje się z kolei w Zbiorach Specjalnych Biblioteki Naukowej PAU i PAN w Krakowie.