中国地质博物馆收藏地质标本20余万件，涵盖地学各个领域。其中有巨型山东龙、中华龙鸟等恐龙系列化石，北京人、元谋人、山顶洞人等古人类化石，以及大量集科学价值与观赏价值于一身的鱼类、鸟类、昆虫等珍贵史前生物化石；有世界最大的“水晶王”、巨型萤石方解石晶簇标本、精美的蓝铜矿、辰砂、雄黄、雌黄、白钨矿、辉锑矿等中国特色矿物标本，以及种类繁多的宝石、玉石等一批国宝级珍品。