Fillimi i studimit, koleksionimit dhe hulumtimeve në fushën e gjeologjisë nga ana e Muzeut të Shkencave të Natyrës daton në periudhën nga viti 1941 deri në vitin 1963, kur u organizuan hulumtime intensive në rrethinën e Shkupit, të cilat përbëjnë bazën për formimin e koleksioneve të para muzeale të mineraleve dhe shkëmbinjve.
Më vonë, për shkak të nevojës për zgjerim dhe krijimin e një koleksioni nga fusha e gjeologjisë, në vitet ’90, me punësimin e një gjeologu, u krijuan kushte më të mira për studimin, koleksionimin dhe prezantimin e mineraleve dhe shkëmbinjve. Ato përfaqësojnë pasuri natyrore dhe janë pjesë e natyrës së pajetë, të cilat kanë një rol të rëndësishëm në industri.
Muzeu posedon ekzemplarë të mrekullueshëm të gipsit, loranditit, stibnitit, piritit, kalkopiritit, korundit, galenitit, granitit, gnajsit, dioritit, bazaltit, mermerit, gurit gëlqeror, aleurolitit, ferikoronaditit, mikashistit, sfaleritit, kuarcit, baritit, johansenitit dhe të tjerë.
Sot, në Muze janë evidentuar rreth 2190 lloje muzeale të mineraleve dhe shkëmbinjve, ndërsa 108 prej tyre gjenden në ekspozitën e përhershme muzeale dhe i përkasin koleksioneve të mëposhtme:
- Koleksioni mineralogjik - mineralet janë evidentuar dhe prezantuar në bazë të përbërjes së tyre kimike: sulfide, sulfate, silikate, okside dhe hidrokside, karbonate…
- Koleksioni petrografik - shkëmbinj magmatikë, sedimentarë dhe metamorfikë.
Puna shkencore-hulumtuese në fushën e gjeologjisë, në kuadër të departamentit, është e orientuar drejt mineralogjisë. Ekspozita e përhershme mineralogjike-petrografike për herë të parë u hap në tetor të vitit 1976, në nder të 50-vjetorit të veprimtarisë së Muzeut.