Хотя этот музей совсем недавно отпраздновал своё двадцатипятилетие, своё начало он берёт ещё во времена Петра Первого. Некоторые кости доисторических млекопитающих, которые собирал в свою коллекцию любознательный царь, хранятся здесь до сих пор. Из Кунсткамеры эта коллекция переехала в Минеральный кабинет Академии наук, где продолжала постоянно пополняться новыми экспонатами. В результате в 1925 году возник ещё один «предок» современного Палеонтологического музея - Геологический.
Сегодня это не только один из величайших музейных комплексов мира, но и важнейшее звено в сокровищнице научных объектов Палеонтологического института РАН. Здесь собрана уникальная коллекция, результат трудов сотен учёных СССР, России и других государств. Экспозиция содержит не только тысячи примеров живых организмов, но целые комплексы фауны, характерные для определённого периода истории Земли.