Finalizzato alla didattica universitaria, ebbe origine nel 1964 in seguito al trasferimento dell'Istituto di Geologia in Palazzo Turchi di Bagno. Sorto grazie all'interesse del professor Piero Leonardi, geologo, paleontologo e naturalista veneziano, il museo espone al piano nobile dell'edificio oltre duemila pezzi distribuiti in quattro sezioni dedicate rispettivamente alla Paleontologia dei Vertebrati, alla Preistoria, alla Paleontologia e alla Geologia.La prima sezione riunisce un’importante serie di fossili disposti secondo un ordine sistematico ed evolutivo: esemplari di anfibi, rettili mesosauri del Permiano, terapsidi del Triassico, un coccodrillo marino e alcuni ittiosauri del Giurassico. I mammiferi sono rappresentati da crani di perissodattili giganti del Paleogene, della tigre dai denti a sciabola e del rinoceronte lanoso del Pleistocene. Al centro della sala sono sistemati alcuni scheletri pleistocenici italiani, come l'elefante e l'ippopotamo nani della Sicilia, lo stambecco, l'orso delle caverne. Nella sezione riservata allo sviluppo della più antica storia dell’uomo alcuni calchi cranici documentano il cammino evolutivo dall'australopiteco all'uomo moderno, mentre manufatti distribuiti nel lungo arco temporale fra il Paleolitico inferiore e l'età del Ferro documentano lo sviluppo culturale e materiale della specie umana. La sezione di Paleontologia degli Invertebrati espone fossili illustrati nei loro aspetti morfologici ed evolutivi. L'evoluzione biologica della terra e i più importanti eventi geologici sono protagonisti dell'ultima sezione, intitolata alla Geologia storica e costituita da colonne stratigrafiche e ricostruzioni ambientali relative alle sequenze mesozoiche e cenozoiche delle Dolomiti e del Veneto.