Den geologiske samling var udgangspunktet for museets udvikling. Siden da er den vokset støt. På grund af Schleswig-Holsteins tilblivelseshistorie består den regionale Flensburg-samling af stenarter, der delvis er dannet langt fra hinanden og fra det nuværende Schleswig-Holstein samt i forskellige geologiske tidsaldre, for det meste i det nuværende Skandinavien. Denne mangfoldighed gør samlingen særlig betydningsfuld. Til sammenligningsformål indeholder den også nogle prøver af de oprindelige forekomster.

Samlingens kategorier er:

• Mineraler 
• Krystallinsk sediment 
• Sedimentært sediment 
• Meteoritter og tektitter