Геологическая коллекция насчитывает более 4 тыс. ед. хранения. Представлена минералами и горными породами. Наиболее интересна и зрелищна коллекция минералов. Она представлена около 180 видами и насчитывает более 2 тысяч единиц. Минералы представляют все 8 классов минералогической систематики и 3 класса петрографической систематики. Собраны с территорий Урала, Алтая, Восточной Сибири, Дальнего Востока, Казахстана, Прибалтики, Кольского полуострова. Имеются самостоятельные коллекции агатов, кварцев, флюоритов, яшм, ювелирных камней в необработанном (первозданном) виде, коллекции кварцитов, мраморов, гранитов и др. Отдельно представлены почти все полезные ископаемые Омской области. Имеются образцы горных пород, образовавшихся в ранние геологические эпохи.
Началом формирования геологических коллекций является 1878 г. Члены ЗСОРИГО, при котором состоял музей, предпринимали экспедиции по Алтаю, Уралу, Восточной Сибири, Дальнему Востоку и Казахстану. Они привозили образцы рудных, поделочных и драгоценных камней. Главную роль в формировании геологической коллекции музея играл профессор геологии П.Л. Драверт. Его экспедиции на Урал (1917 г.; 1921 г.), по Семипалатинской области (1920-30-е г.) позволили собрать образцы около 100 видов минералов и более 150 видов горных пород. Много интересных образцов собрал Ю.А. Шмидт (1897 г.) во время военно-топографической экспедиции по Забайкалью.
Значительные геологические сборы для музея внесли А.А. Сборовский (1890-е г.), Н.В. Швецов (1890-е г.), А.Г. Куртуков (1870 - 80-е гг.), А. Нифантов (1909 -1911 гг.), Н.А. Васильев (1917 г.), А.Н. Седельников (1913 г.) и другие. Очень интересные образцы яшм поступили в музей от Е.Э. Будкевича (1920 г.). Дважды (1917 г. и 1921 г.) жертвовал в пользу музея свою минералогическую коллекцию житель Омска К.С. Устюгов. Много образцов подарил музею (1990-94 гг.) минералог-любитель В.А. Ташков.
