La travagliata vita del museo paleontologico e geologico di Palermo iniziò nel 1866, quando venne fondato da Gaetano Giorgio Gemmellaro. Lo studioso di grande fama lo diresse fino al 1904, anno della sua morte. Fu egli, in particolare, il creatore della collezione che ne costituisce ancora oggi la base. Essendo un professore universitario della locale Università, le sue ricerche e la collezione stessa sostanziarono il dipartimento di geologia e geodesia già nell’Ottocento. Tuttavia, inizialmente il museo non ebbe una sede precisa. La trovò solo nel 1911, in via Maqueda, presso la casa dei Padri Teatini, dove era collocato il Gabinetto di Storia Naturale.
L’edificio in seguitò registrò dei seri danni, sia dovuti al terremoto del 1941, che, due anni dopo, a causa dei bombardamenti su Palermo, durante la seconda guerra mondiale. Nell’impossibilità di una seria ristrutturazione, nel 1965, il museo venne chiuso. Il prezioso materiale, che lo sostanziava, finì repertato, in numerosi scatoloni chiusi in un magazzino.
La situazione si sbloccò solo nel 1970, quando l'Istituto di Geologia dell’università trovò una nuova sede in corso Tukory, dove ancora oggi è posto. Unitamente all’istituto anche la collezione museale venne trasferita. L’intero piano terra si trasformò nel museo attuale. Ciononostante, la struttura andava doverosamente allestita.

Il paleontologo Enzo Burgio nominato direttore del Museo nel 1975, si applicò alla rinascita del museo. Tre anni più tardi, nel 1978, l’esposizione fu riaperta al pubblico.
Tuttavia, un continuo miglioramento caratterizzò la vita del museo, sotto la direzione di Enzo Burgio, concludendosi nel 1985, quando nel palazzo trovò collocazione anche la sezione del nuovo Dipartimento di Geologia e Geodesia. Nel vecchio edificio di via Maqueda, oggi si trova la Facoltà di Giurisprudenza dell’università di Palermo.

Sale del museo
Nella sala, denominata oggi Enzo Burgio (il suo vecchio direttore), posta al piano terra, sono esposti fossili trovati in Sicilia, che coprono un periodo temporale che va dal Permiano al quaternario. Si inizia con reperti, ritrovati nella Valle del Sosio, di una antica scogliera corallina, poi si passa ad una serie di rare Ammoniti, per poi arrivare a fossili di denti di squalo gigante (dell’era cenozoica). Al quaternario, invece, appartengono i fossili ritrovati a Monte Pellegrino. Tra i reperti più eccezionali che appartengono al museo vi sono quelli dell'isola Ferdinandea. Quest’ultima emerge dal mare assai raramente. I fossili del museo sono stati rinvenuti, nel 1831, da Carlo Gemmellaro, il padre di Gaetano Giorgio.
I fossili umani vengono conservati in una sala apposita, detta “dell’uomo”.  Tra i più significativi quelli di una donna risalente al Paleolitico superiore, ribattezzata "Thea", Venne ritrovata nella Grotta di San Teodoro.
Una sala a parte del museo è quella degli elefanti. Pochi sanno del ritrovamento in Sicilia di numerosi fossili di elefante nano. Il museo, infatti, ospita, tra gli altri, un reperto completo di Elephas mnaidriensis-

Nella Sala dei cristalli sono repertati minerali assai antichi. Tra questi: calcite, aragonite, celestina, salgemma, gesso, e zolfo. Per lo più sono datati al Messiniano, l'ultimo dei piani (sono sei) in cui viene frazionato il Miocene,