В 1939-1940 гг. первыми экспонатами коллекции музея стали отдельные красивые образцы минералов, руд и горных пород. Позднее фонды стали пополняться научно обработанными коллекциями различных типов руд и вмещающих пород, характерных для месторождений полезных ископаемых Дальнего Востока.

Первым отделом стал  отдел полезных ископаемых. В 1957 году сформировался палеонтолого-стратиграфический отдел, а в 1973году - петрографический отдел музея.

Вначале под музей было отведено 2 небольшие комнаты Геологоразведочного управления треста "Дальстрой". В 1983  музею было отведено 200 кв.м. в новом здании комплексной тематической экспедиции, где он и располагается и по сей день. Сейчас в хранилище геологического музея насчитывается более 10 тысяч экспонатов. Фонд каменного материала собран практически за весь период деятельности геологической службы на Северо-Востоке. Образцы руды собраны со всех калмыцких и чукотских месторождений.

Красива и многообразна коллекция самоцветов. Гордость музея - "Золотая комната", экспонаты которой собираются с самого начала освоения  Колымы. Это образцы золота: самородки необычной формы, большие кристаллического сростки золота, встречающиеся достаточно редко. Самые большие самородки сейчас являются частью Алмазного фонда в Москве.

В "Золотой комнате" хранится эталонная коллекция россыпного золота Центральной Колымы и всего Дальнего Востока. Имеются в музее и исторические экспонаты - фотографии, документы, отражающие историю геологического освоения Колымы, личные вещи известных геологов. 

Геологический музей - это достопримечательность Магадана и неизменная часть программы знакомства гостей Колымы с ее богатствами.