Кроме каменных материалов, в фондах Музея хранятся письменные источники к музейным предметам: статьи и монографии с описаниями отдельных образцов и коллекций, рукописные и изданные материалы по истории музея и его коллекций.
Фондовое собрание музея востребовано и доступно для изучения специалистами не только России, но и зарубежных стран.
Лучшая в России коллекция уральского малахита
В фондах музея находится систематическое минералогическое собрание, в котором представлены все классы минералов – от самородных элементов до нитратов, боратов и органических солей. Всего насчитывается около 1100 минеральных видов из более чем пяти тысяч местонахождений. Самое большое количество образцов приходится на известные местонахождения России и стран бывшего СССР. В собрании представлены минералы из Западной Европы, Северной и Южной Америки, Азии, Африки и Австралии. Значительная часть минералов происходит из классических местонахождений XVIII- XIX вв.: Рудные горы, Корнуолл, Везувий, Сен-Готард, Конгсберг, Итинокава.
В минералогическом собрании находится много редких минералов, а также уникальных образцов из выработанных или заброшенных месторождений. Среди них, прежде всего, следует назвать коллекцию уральского малахита, считающуюся лучшей в России.
Коллекции горных пород материков и дна океанов, руды крупных месторождений России, метеориты
Собрание включает магматические, метаморфические и осадочные горные породы со всех континентов и породы, образовавшиеся на дне океанов. Среди них выделяются коллекции вулканогенных пород из известных вулканов Камчатско-Курильской гряды, Везувия, Этны, Мон-Пеле, Санторина и Кракатау. Большой интерес представляют импактные горные породы из метеоритных кратеров (астроблем).
В музее хранятся различные типы руд металлов и неметаллов из многих месторождений мира и горючие ископаемые из России и Западной Европы.
В фондах музея метеориты представлены всеми тремя типами: каменными, железокаменными и железными. Среди них – несколько частей первого найденного в России в 1749 г. метеорита «Палласово железо». Историческую редкость представляет фрагмент метеорита Enzisheim, упавшего в 1492 г. во Франции и подаренного в 1855 г. Императором Австрийским Францем I.
Представительные коллекции вымерших животных из Евразии и Америки
Собрание охватывает все известные на сегодняшний день типы вымерших организмов. В музее хранятся коллекции брахиопод, иглокожих, кораллов из палеозойских (ордовикских, силурийских, девонских и каменноугольных) образований России, Западной Европы, Северной Америки; двустворчатых, брюхоногих и головоногих моллюсков из мезозойских (триасовых, юрских и меловых) отложений России и Западной Европы. Значительными по таксономическому разнообразию являются ископаемые из каменноугольных, юрских и меловых отложений Центральной России, в том числе и из утраченных ныне местонахождений (юрские разрезы на территории современной Москвы, у с. Каменник Ярославской области и др.). Особенно широко представлены юрские аммониты Европейской России. В фондах музея хранятся позднеюрские членистоногие, моллюски и иглокожие из всемирно известного местонахождения Золенгофен (Германия, Бавария).
Палеозойские рыбы, мезозойские рептилии и кайнозойские млекопитающие
В собрании «Позвоночные» представлены ископаемые из многих известных местонахождений.
В коллекциях музея хранятся зубы, скелеты и отпечатки ископаемых рыб: из девонских отложений Ленинградской области (местонахождение Сясь) и Оркнейских островов Шотландии, из каменноугольных известняков Подмосковья, пермских (Саарбрюкен, Мансфельд) и юрских (Золенгофен, Мангейм) слоев Германии.
Пресмыкающиеся представлены, в основном, юрскими и меловыми морскими рептилиями из России (Подмосковье, Поволжье), Великобритании и Германии (Золенгофен, Хольцмаден).
Весьма обширны коллекции ископаемых млекопитающих – гиппарионов, носорогов, мамонтов, бизонов, лошадей, лосей, оленей. В музее хранятся как оригинальные образцы, так и слепки из Румынии, Украины, Молдавии, Западной Европы, Северной и Южной Америк, Индии и Австралии. В ХХ в. в музей поступили палеозоологические коллекции с археологических раскопок из известных стоянок первобытного человека: Сунгирь, Костенки, Игнатьевская пещера, Тимоновка, Чулатово, Гагарино, Рожок, Смеловская пещера.
Уникальные коллекции растительных остатков – свидетелей минувших геологических эпох
Палеоботанические коллекции из отложений палеозойского, мезозойского и кайнозойского возраста собраны во многих регионах мира. Ранняя флора - девонская - представлена псилофитами из местонахождений Европы и Канады и археоптериевой флорой Монголии и Ирландии. Фонды Музея располагают также ископаемыми растениями каменноугольного возраста из России, Западной Европы и США. Большое научное значение для палеоботанической характеристики пермских отложений имеет коллекция ископаемых растений Приуралья.
Коллекции мезозойской флоры весьма обширны по своей географии – в собрании музея многочисленные образцы из России, Казахстана, Австрии, Германии. К уникальным и весьма аттрактивным относятся остатки палеоцен-эоценовых растений Нижнего Поволжья. В фондах музея хранятся образцы палеогеновых флор Камчатки уникальной сохранности. Многие коллекции происходят из ныне утраченных местонахождений.
Изделия, связанные с отечественной и мировой историей
Здесь представлены ограненные самоцветы, в том числе аквамарин фантазийной огранки, преподнесенный в дар музею Председателем Русской Гильдии Огранщиков В.А. Тузлуковым. Исторический интерес представляют: печатка из аквамарина, принадлежавшая директору Екатеринбургской и Петергофской гранильных фабрик В.В. Мостовенко; коллекция копий (стразов) знаменитых исторических алмазов мира: Великий Могол, Орлов, Шах, Кох-и-Нор, Санси, Звезда юга, Тосканец, Регент, изготовленных в первой половине XIX в., а также колонны из Храма Христа Спасителя, разрушенного в 1931 г.; скульптурная группа, выполненная Ринальди-младшим из белого мрамора. Хранятся каменные орудия, сделанные из кремня, обсидиана, нефрита, кварцита мастерами каменного века.
Разнообразны в этом собрании полированные пластины яшмы, агата, змеевика, итальянского мрамора, в том числе и «руинного», большая часть которых поступила в музей в XIX в.
