Graças à iniciativa de Giovanni Capellini (1833-1922), que foi o primeiro presidente e fundador da Sociedade Geológica Italiana, em 1881 foi inaugurado um museu geológico no Departamento de Ciências da Terra da Universidade. Atualmente, contém uma coleção de cerca de trinta mil peças recolhidas por Capellini entre 1860 e 1911. Além disso, o museu também alberga as coleções históricas de Marsili, Aldrovandi e Monti, a rica coleção de peixes fósseis de Bolca (1870), a maior coleção de Cicadeoidee da Europa e os dois esqueletos do proboscídeo Mastodon arvenensis e o fóssil do desdentado Scelidoterium capellinii. Há também um modelo, com 26 metros de comprimento e 4 metros de altura, do dinossauro do Jurássico Diplodocus carnegiei. Dentro da sala Marsiliana há dezasseis peças, incluindo quatorze pertencentes a elefantes fósseis, como o Palaeoloxodon e o Mammuthus, descritos e representados por Marsili no seu "Danubius Pannonico Mysicus observationibus geograficus...perlustratus" de 1726. Além disso, é conservada uma madeira fóssil de Lithoxilon secundum ex Transilvania citada no instrumentum donationis de 1711, ou seja, o catálogo impresso da primeira doação. Por fim, destaca-se o modelo único de mina, doado por Frederico Augusto Eleitor da Saxónia a Marsili. O museu conserva as correntes que durante dois anos prenderam os tornozelos de Marsili, prisioneiro dos turcos, doadas como ex-voto à Virgem Anunciada na capela do instituto que ele próprio fundou.