Geologická podsbírka obsahuje ukázky hornin, které prezentují rozmanité vnitřní a vnější geologické jevy a procesy na Zemi. Byla vyčleněna z petrografické podsbírky v šedesátých letech minulého století a v současné době obsahuje téměř 3800 předmětů. Jsou zde zastoupeny základní typy hornin s jejich typickými strukturními a texturními znaky charakteristickými pro vznik hornin v rámci horninového cyklu (hlubinné, žilné i výlevné vyvřeliny, metamorfované horniny s různým stupněm a mírou přeměn, sedimenty).

Dále horniny, na kterých jsou prezentovány základní typy odlučnosti závislé na vnitřním uspořádání, které je poplatné jak fyzikálně-chemickým podmínkám vzniku hornin v určitých hloubkách tak následným, např. zvětrávacím procesům (kulovitá, roubíková, plástevnatá ...). Jsou zde zastoupeny i útvary vzniklé následnými procesy v závislosti na přítomnosti určitých inhomogenit v sedimentech (konkrece), nebo předměty vzniklé tzv. permineralizací např. stromů (araukarity). Sbírka obsahuje v hojné míře i horninové ukázky, na kterých je prezentována vnější geologická činnost (činnost vody, větru, ledovce apod. – ohlazy, čeřiny, bahenní praskliny, souvky, hrance ...), vnitřní geologická činnost (vulkanismus, tektonická činnost apod. – sopečné vyvrženiny různých tvarů a složení, vrásové i zlomové struktury ...). Jsou zde zastoupeny horninové vzorky typické pro krasové oblasti (škrapy, krápníky, sintry), pro oblasti s pouštním klimatem i horniny z mírných pásem. Sbírku obohacují např. i horniny vzniklé při úderu blesku (fulgurity), nebo impaktové horniny přetvořené dopadem meteroritu (suevity).

Vzhledem k tomu, že je sbírka zaměřena především na geologické procesy nejen ve vnitru Země, ale i na jejím povrchu, hojné množství ukázek pochází nejen z České republiky, ale z celého světa. Mezi nejunikátnější ukázky patří orbikulární diorit z Muckova u Černé v Pošumaví, dva čedičové sloupce z Kamenického Šenova a dva pískovcové sloupy z vrchu Káčova u Mnichova Hradiště.