Датой основания Геолого–минералогического музея следует считать 1867 год, когда основатель кафедры геологии и минералогии и ее первый заведующий И.Б. Ауэрбах завещал Петровской академии свою обширную коллекцию минералов и окаменелостей. Коллекция музея значительно пополнилась, когда минералогическим кабинетом заведовал Г.А. Трауншольд. Он уделял большое внимание как пополнению коллекции, так и ее систематизации. К началу ХХ века коллекция минералов горных пород составила более 4000 экземпляров.
В 1905 году, когда минералогический кабинет возглавлял Е.С. Федоров, коллекция обогатилась многочисленными минералами и горными породами, собранными им на Среднем Урале, Кавказе, Мурманском побережье Белого моря, а также образцами горных пород Финляндии, Казахстана и Забайкалья. В музее бережно хранятся экспонаты, переданные в дар выдающимися учеными В.И. Вернадским, В.А. Обручевым, В.В. Никитиным и др. Профессор Я.В. Самойлов не только пополнил коллекции музея, но и организовал первый музей агрономических руд. В предвоенные годы музей обогатился еще одной коллекцией агропромышленных руд, собранной профессором Э.И. Кантором.
В настоящее время основной фонд музея насчитывает около 12000 образцов. Он представлен уникальной коллекцией ископаемых останков древних животных и растений, минералов и горных пород, метеоритов.