Sbírku meteoritů Národního muzea založil profesor Karel Vrba (v letech 1882– 1922 správce mineralogických sbírek NM), který pochopil význam meteoritů jako materiálu sloužícího výzkumu vzniku a vývoje Sluneční soustavy a Země. První menší skupinu meteoritů vyčlenil z mineralogické sbírky a tuto kolekci vzápětí soustavně doplňoval koupěmi. V roce 1904 zpřístupnil Vrba veřejnosti první expozici meteoritů. Dalšími kurátory Karlem Tučkem, Marcelou Bukovanskou, Jiřím Litochlebem a Daliborem Velebilem byla sbírka postupně rozšiřována až na stávajících 519 inventárních položek.

Sbírka je mimořádně cenná, protože obsahuje většinu historických ukázek meteoritů, zastupujících jejich jednotlivé klasifikační skupiny, velmi často odřezy typového materiálu; ukázky nejstaršího pozorovaného a zároveň doloženého pádu meteoritu Ensisheim v roce 1492 či slavných pádů meteoritů Mauerkirchen (1768) a uhlíkatého chondritu Orgueil (1864). Neméně významný je například vzácný uhlíkatý chondrit Migei (pád 1889), achondrit Novyj Urej (pád 1886; podle něj nazvána jedna z podskupin achondritů jako ureility), marsovský meteorit Nakhla (nakhlity) nebo devět kusů eukritů moravského pádu Stonařov (1808). Historicky významné jsou i pallasity Krasnojarsk (nález 1749; ve sbírce čtyři větší ukázky) a další.

Z hlavních klasifikačních skupin převládají ve sbírce chondrity, hojně jsou zastoupeny také železné meteority; celkem je ve sbírce zastoupeno asi 350 pádů a nálezů meteoritů. Význam sbírky meteoritů Národního muzea spočívá také v tom, že obsahuje 53 ukázek jednotlivých kusů meteoritů z většiny pádů a nálezů na území České republiky. Jsou to meteority Loket (pád cca 1400), Ploskovice (pád 1723), Tábor (pád 1753), Lysá (pád 1808), Stonařov (pád 1808), Žebrák (pád 1824), Bohumilice (nález 1829), Blansko (pád 1833), Broumov (pád 1847 – třetí pozorovaný pád železného meteoritu na světě), Těšice (pád 1878), Stará Bělá (nález 1898), Teplá (nález 1909), Vícenice (nález 1911), Opava (nález 1925), Sazovice (pád 1934), Ústí nad Orlicí (pád 1963), Police (pád 1969). Největším meteoritem sbírky je železný meteorit Campo del Cielo (Argentina) o hmotnosti 83 kg, získaný v roce 2018. Ve stejném roce byl do sbírky získán také vzácný marsovský meteorit NWA 6963 (Maroko, 122 g) a měsíční meteorit NWA 10203 (Mauritánie, 79 g). V roce 2013 byly do sbírky získány dvě ukázky meteoritů z mediálně silně reflektovaného pádu u ruského Čeljabinsku dne 15. 2. 2013. Druhým největším meteoritem sbírky je železný meteorit Canyon Diablo o hmotnosti 69 kg. Je to zlomek velkého meteoritu, který při dopadu na Zemi vyhloubil slavný Barringerův kráter v Arizoně (USA) – vůbec první rozpoznaný meteoritový kráter na světě.