該館收藏有各種地質標本4000余件。其中有獨具特色、揚名中外的辰砂晶體、晶簇和塊重達數百千克的汞礦石,晶體大而完整的螢石、冰洲石、方解石、重晶石、晶簇狀水晶,中國發現的超微細粒金礦石及以它為原料提煉出來的黃金,泥盆系的包陽魚、石炭系的大型貴州珊瑚、中生代的胡氏貴州恐龍化石等。
該館現設有礦產資源、古生物等陳列室及科學普及櫥窗,并及時舉辦了有關專題展覽。礦產資源室主要陳列有能源礦產、黑色金屬、有色金屬、稀土金屬、特種非金屬、化工原料、冶金輔助原料、建材等8類,計有40多個礦種、300多件標本及產品,其中以汞砂礦、磷礦、鋁土礦、錳礦、銻礦、煤礦、超微細粒型金礦等較有特色。古生物室主要陳列有三葉蟲、筆石、珊瑚、腕足類、頭足類、脊椎動物、植物,以及微體古生物等10多個門類的化石標本。其中以晚古生代的珊瑚、腕足類化石發育較為良好。
貴州地質博物館其前身為1958年建立的貴州省地質局陳列室。1966年以后近3000件地質標本全部散失,1980年重新籌建,1985年建成貴州地質博物館。2015年為解決貴州省地質資料保管設施簡陋、檔案庫房不足、不利于地質資料研究及開發利用,貴州將開建貴州省地質資料館暨地質博物新館。
據悉,貴州省地質資料館暨地質博物館總建筑面積36120平方米,其中地上建筑面積25800平方米,地下停車場及人防建筑面積10320平方米。地質博物館總投資21587萬元,由省國土資源廳與省地礦局、省有色地勘局、省煤田地質局四家單位自籌解決。