Die geologische Sammlung war der Ausgangspunkt für die Entwicklung des Museums. Seitdem ist sie stetig gewachsen. Aufgrund der Entstehungsgeschichte Schleswig-Holsteins besteht die regionale Flensburger Sammlung aus Gesteinen, die teils in großer Entfernung voneinander und vom heutigen Schleswig-Holstein sowie in unterschiedlichen Erdzeitaltern zumeist im heutigen Skandinavien entstanden sind. Diese Vielfalt macht die Sammlung besonders bedeutsam. Zu Vergleichszwecken enthält sie außerdem einige Anstehendproben.
Sammlungskategorien sind:

• Mineralien 
• Kristalline Geschiebe 
• Sedimentäre Geschiebe
• Meteorite und Tektite