Patrimoniul paleontologic este constituit din urmatoarele colectii:
- colectia de foraminifere Ludwig Johann Neugeboren (valoroasa datorita unicitatii sale, cuprinde fosile din locul si stratul    tip- badenianul de la Lapugiu de Sus, judetul Hunedoara; contine 57 de genuri de foraminifere cu 325 de specii si subspecii   repartizate la 483 numere de inventar, dintre care 135 contin specimene tip de diverse categorii, apartinand la 79 specii)
- colectia de dinti de selacieni Richard Breckner (include peste 5000 de asemenea piese paleontologice, fiind cea mai importanta   din Romania; materialul provine din eocenul de la Turnu Rosu, judetul Sibiu, cuprinzand 28 de specii de rechini fosili clar   determinate)
- colectia veche a Societatii Ardelene de Stiintele Naturii
- colectia de chihlimbare eocene cu insecte fosile incluse in ele din Marea Baltica, colectia Johann L. Ackner.
     Una din piesele cele mai valoroase din colectia de paleontologie este un schelet aproape complet de bizon fosil din cuaternarul timpuriu din Dealul Crucii-Sighisoara, judetul Mures, descoperit in 1900 si donat muzeului de catre medicul Kraus Heinrich din Sighisoara.