博物馆主要展出矿物、岩石、古生物化石等地质标本，其藏品乃是几代地质学者、本校师生自上个世纪以来在各种艰苦的野外环境中采集、积累起来的，也包括了校友及国际友人等馈赠的标本、以及部分购置的标本。现馆藏标本总量60000余件，其中公开展出4500余件。藏品除了采自国内各地之外，还有来自世界40多个国家和地区的标本。
　　博物馆展厅面积约为2400平方米，分为地球科学厅、恐龙厅、地球与生命演化历史厅和地球物质厅四个展厅。在地球与生命演化历史展厅有个有趣的比喻：如果把地球形成的46亿年历史压缩成一天24小时的话，那么，最早生命出现在凌晨4时，中午时出现了真核细胞，18时有了两性繁殖。大约在20：52时发生第一次大冰期——雪球事件。21时雪球事件消失，动物黎明出现曙光，只过了十分钟时间，动物便开始了爆发式的演化——“寒武纪大爆发”。22时50分，恐龙家族问世;50分钟后，恐龙覆灭。在零点来临前不到1分钟左右，出现了人类。中华民族上下五千年的悠久历史，也仅仅相当于0.09秒。尽管人类只发展了“最后一分钟”，却成为地球生物进化史奇迹——第一智慧生命。“我们总说地球变迁历史，依据呢？凭什么说三亿年前这里是陆地，五亿年前这里是海洋？我们做地质研究，就是要搜集各种见证地球历史变迁的标本和地质记录。” 博物馆馆长、北京高校博物馆联盟秘书长周洪瑞教授说。在博物馆里珍藏了一些见证了地球和生命演化历史的珍贵标本。例如，天外来客——Fe-Ni陨石、世界屋脊顶的奥陶纪灰岩、太平洋底的钴锰结核、南极大陆的地质标本等。
　　来自南极的标本
　　在地球科学展厅的一座展柜里，陈列着12件采自南极洲的标本，包括1件地表苔藓和11件岩石。
　　据周教授介绍，这一组标本是由地大校友、第一位登上南极大陆的女地质学家金庆民捐赠给博物馆的。1986年10月，金庆民随南极考察队赴南极考察。历时199天，环球航行37000公里，途径太平洋、印度洋、大西洋，完成了海洋物理、海洋生物、海洋化学，海洋地球物理学和在南极大陆的考察任务。1988年11月，金庆民作为世界唯一女性参加了中美双方联合举办的攀登南极最高峰——文森峰的科学考察，历经艰险，征服了号称为“死亡地带”的一切险恶，首次在南极文森峰发现较大规模的铁岩系及很有开发前景的铁矿，填补了文森峰山区地质学研究的空白，成为世界上第一位进入南极腹地的女地质学家。在1986年至1990年间，金庆民曾三次深入南极进行科学考察，获得多项科研成果，填补了我国和南极地区几项地质科研的空白，为我国地质事业和提高我国对南极研究的国际地位作出了重要贡献。金庆民从南极回国后，精心挑选了12件从南极带回的标本捐赠给了母校。当时博物馆还在一栋教学楼里，这12件标本就放在展厅的一个柜子里，还有金庆民本人写的标签，记录了每件标本的详细信息。
　　这些地质标本对了解南极大陆的地质地貌有着极其重要的意义。尽管南极是冰雪的世界，冰盖面积3300平方公里，平均厚度2000米，那里的自然环境极其严酷，被称为世界寒极、风极和旱极。然而南极的资源丰富，包含最大的铁矿、煤田以及淡水资源等。“在两亿年之前，南极、印度、澳大利亚、南非和南美是一块大陆，而如今，若想了解清楚南极大陆的历史和别的大陆的历史的区别和联系，只有做了地质分析才可以了解。每一次派往南极的科考队，除了气候学家、海洋学家等之外，还有地质学家，地质学家随科考队去南极主要做地质分析，以掌握南极的地质地貌。”周教授说。
　　“世界屋脊”的珍贵纪念
　　“与采自南极的标本难得一见的，是一块采自世界屋脊的奥陶纪灰岩，这是由中国登山协会的贡嘎巴桑于1975年5月27日采自珠峰顶。是由地大校友王富洲在担任中国登山协会的主席时代表登山协会捐赠给地大的，王富洲也是从北坡登上珠峰顶的第一批人之一。”就是这么一块十分不起眼、放在路上根本没人捡的小石头，因来自珠峰顶这一特殊的产地和地理位置，却有着重要的科学意义。
　　奥陶纪是古生代的第二个纪，开始于距今约5亿年，延续了4500万年。奥陶纪是地球历史上大陆地区遭受广泛海侵的时代，是火山活动和地壳运动比较剧烈的时代，也是气候分异、冰川发育的时代。从奥陶纪起，海生无脊椎动物真正达到繁盛的时期，也是这些生物发生明显的生态分异的时期。在奥陶纪后期，各大陆上不少地区发生重要的构造变动、岩浆活动和热变质作用，使得这些活动区的部分地区褶皱成为山系，从而在一定程度上改变了地壳构造和古地理轮廓。“珠峰顶在五亿年前是温暖的浅海环境，奥陶纪灰岩就是很好的证据，因为灰岩形成于温暖的浅海环境中。根据将今论古的原则，在五亿年之前，珠峰顶以及青藏高原周围的很多地区都在海平面以下。”
　　神秘的海底世界
　　馆藏的采自太平洋海底约6000米深处的海底多金属结核，是1997年10月16日由海洋四号考察船利用抓网从太平洋底采集的，由广州海洋地质调查局捐赠给博物馆。“这些来自太平洋海底的标本是我国最早在太平洋洋底勘探的时候采集到的，那时候还没有“蛟龙号”，主要是进行海洋的先导性研究。”周教授说。
　　21世纪将是人类挑战海洋的新世纪。2001年，联合国正式文件中首次提出了“21世纪是海洋世纪”。人类社会也正在以全新的姿态向海洋进军，国际海洋竞争日趋激烈，主要表现在以下方面：发现、开发利用海洋新能源;勘探开发新的海洋矿产资源;获取更多、更广的海洋食品;加速海洋新药物资源的开发利用;实现更安全、更便捷的海上航线与运输方式。
　　在海底，不仅发生着浊流和深海粘土、碳酸盐岩以及海底的沉积作用，而且形成了金属结核、结壳和石油、天然气水合物等重要的矿产资源。馆藏的多金属结核就是海底沉积形成的矿物集结。这些多金属结核以大小不一的结构呈现在太平洋海底，小的只有鸽子蛋般大小。
　　“海洋勘探强国从海底采集到这些结核之后，或进行科学研究、成分研究，或进行了工业冶炼的实验室研究。从九十年代开始，我国也开始采集了这些标本，进行了相关的研究。将来有一天， 我们的开采成本下降以后，我们就要向海底要资源了。”周老师笑着说。
　　天外来客
　　陨石是地球之外未燃尽的宇宙流星脱落原来运行轨道成碎块散落到地球或其他行星表面的石质的、铁质的或是石铁混合物质，也称“陨星”。馆藏的“天外来客”是一块大约100公斤的Fe-Ni铁陨石，是1956年9月，地大当时的在校学生在广西田林县实习时发现的。“这件陨石展品，以前的标签信息，仅仅写着产地，其余的信息一概没有。去年年底，57届校友聚会，其中一位年近80岁的老校友找到我，说这块陨石是他与另外三位同学于1956年9月在广西实习时发现的，并将发现者的名字留给了我。”
　　采访的最后，周教授向本刊记者介绍了把这块铁陨石定为本馆的镇馆之宝的理由。首先，体积如此之大的铁陨石在国内是很罕见的，比这大的有，但是相对来说还是比较少的。在国内任何一间博物馆中，都很难见到这么大块头的铁陨石。其次，这是由地大的学生在野外实习发现的，不是从市场上购买的。最后，这块铁陨石是来自地球之外的客人，对了解天体的成分是有一定意义的。