Il museo riunisce collezioni di materiali fossili: qualche trilobite e delle spugne primitive, diversi organismi dell'ordoviciano, piante del carbonifero e del perniano, reperti risalenti all'era mesozoica, una ricca collezione di echinidi e molluschi del cenozoico, resti di coccodrillo risalenti al miocene, vertebrati del quaternario.

Tra i numerosissimi reperti della collezione paleontologica citiamo le trilobiti e le archeociatine, rappresentative del Cambriano sardo, e alcuni frammenti di Atalonodon (tapiridi), considerati fra i mammiferi più antichi d'Italia e risalenti al Cenozoico.