Den Schwerpunkt der naturkundlichen Sammlungen des Ruhr Museums bilden die Geowissenschaften. Mit ca. 400.000 Objekten aus den Bereichen "Allgemeine Geologie", "Paläontologie/Stratigraphie" sowie "Mineralogie" zählt sie zu den besten Museumssammlungen Deutschlands. Traditionell sind Fossilien und Gesteine aus den erdgeschichtlichen Zeitabschnitten Devon, Karbon, Kreide und Quartär des Ruhrgebietes, Münster-, Sauer- und Niederbergischen Landes sowie Erze und Mineralien aus diesen Landschaften zahlenmäßig am stärksten vertreten. Durch eigene Geländetätigkeit, Schenkungen, Ankäufe und Kooperation mit der Paläontologischen Bodendenkmalpflege des Landschaftsverbandes Rheinland werden die Bestände kontinuierlich erweitert.

Zahlreiche Objekte besitzen einen hohen Schauwert, ein Großteil der Sammlung ist von wissenschaftlicher Bedeutung. Fachleute verschiedener Institutionen aus dem In- und Ausland greifen regelmäßig auf die Bestände zurück. Allein für Forschungszwecke befinden sich regelmäßig mehr als 2000 Objekte in externer Ausleihe. Seit rund 10 Jahren finden auch umweltgeologische Exponate Eingang in die Sammlung. Hinzu kommen in den letzten Jahren neue biologische Konvolute zur Naturkultur des Ruhrgebiets nach der Industrialisierung.