La collezione paleontologica del Museo è composta da circa 15.000 campioni.
I “pezzi” più notevoli sono quelli esposti nel Salone di Paleontologia, nel cui centro spicca in particolare il grande scheletro dell’Elefante antico italico, rinvenuto nel 1941 in un deposito di farina fossile presso Viterbo. Per effettuare le opere di consolidamento dello scheletro in vista del montaggio a Genova, l’esemplare fu trasferito all’Istituto di Geologia di Pisa, dove però le ossa furono danneggiate dai bombardamenti alleati e quindi dovettero essere ulteriormente restaurate. Nel 1953-54 l’esemplare fu finalmente montato nell’attuale adeguata posizione grazie al contributo finanziario della Società Amici del Museo. Nel 1996 si è poi provveduto ad un accurato restauro dell’esemplare, a cura del Laboratorio dell’Istituto di Geologia e Paleontologia dell’Università di Firenze.
Particolarmente degna di nota è la ricca collezione di circa 800 campioni fossili provenienti da Riano Romano (raccolti nel 1959-1960), comprendenti pesci e piante, così come la ricchissima serie di reperti riferibili all’Orso delle caverne rinvenuti nelle grotte del Savonese, radunati da Giovanni Battista Amerano durante i suoi scavi.
E’ da segnalare anche l’importante collezione di molluschi fossili del Rio Torsero (Savona) raccolti e studiati da Antonio Hornung tra il 1920 e il 1927.
Negli anni la collezione si è arricchita anche grazie alle donazioni di mineralisti e paleontologi privati e alle donazioni di collezioni didattiche a suo tempo allestite in varie scuole genovesi.
Le collezioni paleontologiche del Museo sono state spesso esaminate e studiate da docenti universitari genovesi, alcuni dei quali (in particolare Maria Cristina Bonci e Marco Firpo) negli ultimi anni hanno offerto al nostro personale scientifico una collaborazione fondamentale nella progettazione e nell’allestimento dell’attuale esposizione.