O Museu de Geologia tem patente ao público uma exposição de longa duração, constituída por uma colecção de minerais organizada segundo os critérios cristaloquímicos, uma colecção de minerais ilustrando algumas das propriedades físicas usadas como meio de diagnóstico na sua identificação (cor, risca, brilho, dureza, fusibilidade, radioactividade,), uma colecção de fósseis representativos dos principais períodos da História da Terra, uma colecção de rochas ordenadas por categorias (ígneas, sedimentares e metamórficas, incluindo estruturas tectónicas resultantes das tensões a que estiveram sujeitas) e uma colecção de rochas e minérios das principais minas portuguesas. Integram ainda a exposição de longa duração um conjunto de módulos e maquetas ilustrativas e explicativas de momentos marcantes da evolução da Terra e da Vida e também alguns processos geológicos associados a essa evolução.

Além da exposição de longa duração, o Museu dispõe de uma sala de exposições temporárias onde são apresentadas ao público várias exposições sobre temáticas diversas, resultantes de parcerias estabelecidas com instituições nacionais e estrangeiras.