O Museu Geológico iniciou-se com exemplares colhidos no trabalho de campo dos Serviços Geológicos de Portugal, fundados em 1857, designados então por Comissão geológica do Reino. Possui hoje uma das mais importantes colecções de Paleontologia e Estratigrafia de Portugal, incluindo a mais completa colecção portuguesa de Dinossauros e Mamíferos.

A colecção arqueológica com peças desde o Paleolítico antigo até ao romano, inclui instrumentos de pedra, osso e metal, cerâmica, objectos votivos funerários e fósseis de animais selvagens e domésticos do passado. A colecção de Mineralogia reúne minerais incluindo os que têm sido explorados nas minas portuguesas.

O Museu está instalado desde 1859, num antigo Convento do século XVII, local onde nasceram a Geologia e a Arqueologia portuguesas. As principais salas de exposição preservam a atmosfera de um museu do século XIX.