Οι συλλογές του Μουσείου Ορυκτολογίας-Πετρολογίας δημιουργήθηκαν μέσα στο πλαίσιο της Φυσιογραφικής Εταιρείας, που ιδρύθηκε το έτος 1835. Μέχρι σήμερα έχει υποδεχθεί χιλιάδες επισκέπτες πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης, φοιτητές προπτυχιακού και μεταπτυχιακού κύκλου σπουδών, συλλέκτες ορυκτών, Έλληνες και ξένους ερευνητές, αποτελώντας ένα σημαντικό σύνδεσμο της επιστήμης με την κοινωνία. Στην πλειονότητά τους τα εκθέματα του Μουσείου αποκτήθηκαν κυρίως από δωρεές δειγμάτων απο την Ελλάδα και το εξωτερικό. Τις πρώτες σημαντικές συλλογές απέκτησε το Μουσείο το 1858 και 1860 έπειτα από δωρεές των Kämmerer και Χαριτώφ, υπουργικού συμβούλου και πρόξενου στην Αγ. Πετρούπολη, αντίστοιχα, που περιελάμβαναν δείγματα ορυκτών και πολυτίμων λίθων από την Τσαρική Ρωσία. Σπουδαία δωρεά, με ορυκτά του Ελλαδικού χώρου ήταν εκείνη των Όθωνα και Αμαλίας το 1863, του A. Lindermayer το 1868 και του Φ. Νέγρη το 1928. Το Μουσείο Ορυκτολογίας-Πετρολογίας διαθέτει σήμερα τουλάχιστον 45.000 δείγματα ορυκτών, πετρωμάτων και μεταλλευμάτων, από τα οποία εκτίθενται στις προθήκες περίπου 3000 δείγματα ορυκτών και 650 δείγματα πετρωμάτων. Το μουσείο διαθέτει την καλύτερη συστηματική συλλογή ορυκτών στην Ελλάδα με περισσότερα απο 700 είδη ορυκτών ταξινομημένων σε όλες τις γνωστές κατηγορίες ταξινόμησης. Στις συλλογές του Μουσείου περιλαμβάνεται κι ένα πλούσιο ιστορικό αρχείο με πρωτότυπα έγγραφα δωρεών και ιστορικών γεωλογικών χαρτών. Η σπουδαιότητα της συλλογής του Μουσείου δεν οφείλεται μόνο στην παρουσίαση ιδαίτερα αισθητικών δειγμάτων ορυκτών, αλλά και στην αφθονία και ποιότητα δειγμάτων απο “ιστορικές” θέσεις της πρώην Αυστρο-Ουγγρικής Μοναρχίας, της Τσαρικής Ρωσίας, αλλά και άλλες γνωστές τοποθεσίες του εξωτερικού, όπως την Κορνουάλη, τον Βεζούβιο, τις Άλπεις, και κυρίως από τοποθεσίες που σήμερα είναι γνωστές μόνο από την βιβλιογραφία. Μοναδικά εκθέματα του μουσείου καλύπτουν το μεγαλύτερο φάσμα των ορυκτών και πολύτιμων λίθων που εξορύχθηκαν τον 18ο και 19ο αιώνα κυρίως από την περιοχή των Ουραλίων και της Σιβηρίας, πολλά απο τα οποία αφορούν “τυποτοπικά” ορυκτά, δηλαδή ορυκτά που εντοπίστηκαν για πρώτη φορά παγκοσμίως στις συγκεκριμένες τοποθεσίες. Ξεχωρίζουν δείγματα λευκόχρυσου, μαλαχίτη και πολύτιμων λίθων που όμoιοι τους κοσμούν μόνο τις μεγαλύτερες ορυκτολογικές συλλογές στον κόσμο όπως: τοπάζια, αλεξανδρίτες, σμαράγδια, σάπφειροι, ακουαμαρίνες και πληθώρα άλλων εκθεμάτων “ιστορικών” δειγμάτων υψηλής αισθητικής και ιστορικής αξίας, μερικά από τα οποία συγκαταλέγονται στα καλύτερα του είδους. Ένα δείγμα καπνία χαλαζία σε μορφή σκήπτρου που εξορύχθηκε απο το Minas Gerais της Βραζιλίας, πιθανόν το μεγαλύτερο σκήπτρο χαλαζία παγκοσμίως, αποτελεί μοναδικό έκθεμα του Μουσείου. Σταλακτίτης από Σμιθσονίτη. Ένα δείγμα μοναδικό στο κόσμο από το μεταλλείο Jean Baptiste της Καμάριζας Εξέχουσα θέση στο Μουσείο κατέχουν δείγματα από “κλασσικές” θέσεις του Ελλαδικού χώρου, όπως το Λαύριο, τη Σέριφο, τη Νάξο και τη Χαλκιδική. Στο Λαύριο, μία περιοχή που έχει παίξει σημαντικό ρόλο στον “Ρου της Ιστορίας” και στην πορεία του Δυτικού Πολιτισμού, αλλά που αποτελεί επίσης και έναν ορυκτολογικό “παράδεισο”, είναι αφιερωμένη η πρώτη αίθουσα του Μουσείου. Στις συλλογές του Λαυρίου παρουσιάζονται μοναδικά εκθέματα που χρονολογούνται στα τέλη του 19ου αιώνα έως αρχές του 20ου αιώνα, αλλά και εξαιρετικά δείγματα απο σπανιώτατα ορυκτά της Λαυρεωτικής στην οποία έχουν εντοπιστεί περισσότερα απο 750 διαφορετικά είδη ορυκτών που αντιπροσωπεύουν το 12% των ορυκτών παγκοσμίως.