該館收藏的礦物、巖石、礦石、動植物化石標本1.2萬多件，壹級品100余件。其中有長1.7米、直徑62厘米、重約780千克的水晶，直徑35厘米、厚25厘米、重102千克、含銅量達99.84%的圓狀自然銅，重1.2克拉的新疆第1顆晶體透明的金剛石，產於阿爾泰偉晶巖礦床的大型綠柱石、白雲母，中外聞名的和田玉和各色碧璽、寶石等。還有1983年夏在中國首次發現，距今2億3千萬年前的完整的兩棲類脊椎動物烏魯木齊鯢和距今1億6千萬年前的脊椎動物蘇氏巧龍的化石標本。
該館設有地球科學、新疆礦產、新疆礦產資源開發利用及地質專業 4個陳列廳。陳列面積2400平方米。陳列了在新疆發現的121種礦產中的115種。該館還舉辦地學夏令營，開展地學科普活動和舉辦專門性的展覽，以擴大服務領域。