Muzeum posiada zbiory paleobotaniczne, paleontologiczne, mineralogiczne i litologiczne. Cenne zbiory archiwalne, opracowane według obowiązujących zasad inwentaryzacji, są ujęte w kolekcje. Posiada między innymi: 132 kolekcje dokumentalne (są to kolekcje liczące niekiedy wiele tysięcy okazów, opisane w publikowanych pracach), 72 kolekcje porównawcze (tematyczne zbiory okazów) i 2 kolekcje dydaktyczne. Wśród archiwalnych kolekcji paleobiologicznych wiele zawiera okazy po raz pierwszy opisanych gatunków (holotypów) - np. kolekcje paleobotaniczne Mariana Raciborskiego . Nasza kolekcja meteorytów jest jedną z największych w Polsce, a nasze kolekcje mineralogiczne zawierają m.in. XIX w. zbiory Antoniego Wagi i Ignacego Domeyki (z Ameryki Południowej).
W muzeum czynne jest stała wystawy: "Budowa Geologiczna Obszaru Krakowskiego" (Senacka 3). Wystawa ma charakter popularnonaukowy. Obszar, którego dotyczy wystawa obejmuje okolice Krakowa położone na północ od Karpat. Wystawa składa się z 3 uzupełniających się części: stratygraficzno-litologicznej, paleontologicznej oraz z części poświęconej tektonice, rzeźbie i historii poznania budowy geologicznej obszaru. We wstępie do wystawy znajdują się ogólne informacje o budowie geologicznej obszaru krakowskiego oraz informacje wprowadzające i objaśnienia do zasadniczych jej części.
