Den Grundstock der geowissenschaftlichen Sammlungen bilden die Gesteine, Mineralien und Fossilien, die 1740 mit dem Naturalienkabinett des Danziger Naturforschers Jacob Theodor Klein an den Bayreuther Hof kamen. Nach dem Tod des Markgrafen 1763 ging sein Kabinett an die Universität Erlangen über. Nach mehreren Ortswechseln bezog die Sammlung 1896 mit dem inzwischen gegründeten Mineralogischen Institut das frühere Museumsgebäude am Rande des Schlossgartens. Hier waren die geowissenschaftlichen Bestände bis 1990 im Museum des »Instituts für Geologie und Mineralogie« zu besichtigen.
Heute sind die Sammlungen auf die Fächer Geologie, Mineralogie und Paläontologie verteilt. Ein Teil der geologischen Sammlung wurde der Naturhistorischen Gesellschaft in Nürnberg als Dauerleihgabe überlassen. Die Paläontologische Sammlung wurde durch Schenkungen
und eigene Grabungen beträchtlich erweitert. Der Schwerpunkt liegt auf Fossilmaterial aus süddeutschen Lokalitäten, darunter auch von Fundorten, die heute nicht mehr zugänglich sind. Der Großteil der rund 90.000 Objekte umfassenden Sammlung besteht aus Fossilien des Jura und pleistozänen Wirbeltieren aus fränkischen Höhlen. Die Sammlung wird derzeit digital erfasst und in internationale Datenbanken integriert.