Das Herbarium Hamburgense bewahrt etwa 1 Mio Belege von Samenpflanzen auf, die in den letzten 250 Jahren aus allen Teilen der Welt zusammengetragen wurden. Darunter befinden sich etwa 25.000 wertvolle Typusbelege. Ein Schwerpunkt sind tropische Regionen sowie Norddeutschland. Wichtige Sammler sind D. Brandis, A. Dietrich, M. Dinklage, J.F. Drège, C.F. Ecklon & C.L.P. Zeyher, H.E.K. Hartmann, P. Junge, J. Mildbraed, G.H.W. Schimper, E. Ule, H.K.A. Winkler, H. v. Wissmann & C.A. Rathjens.

Die Farnsammlung des Herbarium Hamburgense ist den Kryptogamen zugeordnet und umfasst ca. 50.000 Belege. Sie ist reich an Typen und war für Prof. R. Sadebeck, ehemaliger Direktor des Botanischen Museums Hamburg, eine wichtige Basis bei seiner Bearbeitung der Farne für Engler und Prantls "Natürliche Pflanzenfamilien". Wichtige Teilsammlungen stammen von K. Prantl, K. Müller (Halensis), A. Dietrich u.a.

Die umfangreiche Moossammlung des Herbarium Hamburgense enthält über 100000 Belege und ist sehr reich an besonders wertvollen Typen. Etwa 2.000 Typusbelege wurden im Rahmen eines GBIF-Projektes digitalisiert. Das Moosherbar wurde in den letzten Jahren neu geordnet. Wichtige Sammlungen sind die von E. Ule, W. Mönkemeyer und K. Walther.

Die Grundlage der HBG-Flechtensammlung ist das Privatherbar des Hamburger Volksschullehrers C.F.E. Erichsen, einem profilierten Botaniker, Lichenologen und Verfasser der "Flechtenflora von Nordwestdeutschland". Weitere umfangreiche Sammlungen stammen von T. Feuerer (ca. 40.000 Belege weltweit), G. Ernst (vor allem Norddeutschland) & B. Büdel (vor allem Peltulaceae).

Das Herbarium Hamburgense besitzt eine sehr umfangreiche Pilzsammlung von über 200.000 Belegen mit etwa 20.000 Arten. Der Kern der Pilzsammlung ist das 1918 erworbene Herbarium des bedeutenden Berliner Mykologen P. Magnus. Weitere wichtige Sammlungen stammen unter anderem von E. Ule und A. Möller aus Brasilien oder von dem Hamburger Phytopathologen H. Klebahn.

Das Herbarium Hamburgense beherbergt eine international bedeutende Sammlung von ca. 50.000 Belegen von Groß- und Mikroalgen aus allen Teilen der Welt. Schwerpunkte sind Mitteleuropa mit Nord- und Ostsee, aber auch die Kapregion und Australien. Die Sammlung geht auf das private Algenherbar des ehemaligen Hamburger Bürgermeisters N. Binder zurück. Das Herbarium Binderianum enthält auch die Algensammlung des ersten Direktors des Hamburger Botanischen Gartens, J.G.C. Lehmann. Binders Algensammlung wurde in der Mitte der 19. Jahrhunderts von dem bedeutenden Botaniker und Hamburger Apotheker O.W. Sonder geordnet und wissenschaftlich bearbeitet.

Diese Teilsammlung umfasst Trocken- und Alkoholpräparate sowie großformatige Stücke verschiedener Pflanzengruppen, darunter Originalaufsammlungen und Schaustücke für die Lehre. Bedeutsame Teile der Alkoholsammlung stammen aus ehemaligen Kolonien. Dazu gehören unter anderem die Pilzpräparate, die von F. Eichelbaum im Jahr 1903 in Tansania gesammelt wurden. Gemeinsam mit den Pilzpräparaten von A. Möller, die in der Zeit von 1890 bis 1893 in Brasilien gesammelt wurden, gehören diese Präparate zu den wertvollen Objekten für die Bestimmung der Pflanzentaxonomie und -systematik. Weitere Pflanzenpräparate aus kolonialen Kontexten wurden von H.K.A. Winkler in den Jahren 1924-1925 in Borneo und von J. Mildbraed zwischen 1910 und 1911 in Kamerun gesammelt. Ein langjähriger Schwerpunkt taxonomischer Forschung sind zudem die Mittagsblumengewächse aus der Sammlung H.E.K. Hartmann aus den Jahren 1966 bis 2007.

Zum Bestand der Sondersammlungen und Archivalien gehören die Sammlerakten mit Zugangslisten, Korrespondenzen und Sekundärliteratur, die HBG-Handschriften- und Porträtsammlung, die Begonien-Negativplattensammlung, Sammlungen von Pilz- und Pflanzenaquarellen, eine Holzbibliothek, frühe HBG-Typkarteien, eine Sammlung brasilianischer Vegetationsformationen um 1900 u.a.m.