Музей насчитывает более 40 тысяч экспонатов. Имеет отделения минералогии, полезных ископаемых, петрографии, общей и исторической геологии. В музее содержится богатейшая коллекция минералов Уральского региона: золота и платины, драгоценных и поделочных камней (аметистов, изумрудов, топазов, родонита, малахита и др.). Многие представленные в коллекции минералы впервые были открыты на Урале и получили название по месту нахождения - ильменит, ильменорутил, сысертскит, невьянскит, вишневит и др. Украшением коллекции является кристалл кварца высотой 170 см и массой 784 кг.