中国地质大学（北京）博物馆的历史悠久、馆藏标本系统齐全。现馆藏标本总量55000余件，其中公中国地质大学(北京)博物馆馆名墙开展出4000余件。博物馆的前身为北京地质学院陈列馆，主要陈列展矿物、岩石、古生物化石等地质标本，始建于1952年。建馆初期，标本主要继承了北京大学地质系、 清华大学 地质系、天津大学（北洋大学）地质系、唐山铁道学院地质科的收藏，追溯藏品在北京大学、 清华大学 、北洋大学、唐山铁道学院的收-史，则己逾百年。其藏品乃是由几代地质学者上个世纪在各种艰苦的野外环境下采集、积累起来的不可再生的自然资源。建馆后，大多数新增标本为本校师生在科研、教学实习等野外工作中采集的标本，以及校友、国际友人等馈赠学校的标本。
目前中国地质大学（北京）博物馆所收臧的数万件臧品除了采自国内各地之外，还有来自美国、英国、法国、德国、意大利、捷克、瑞典、前苏朕、伊朗、日本、越南、印尼、澳大利亚等世界五大洲四十多个国家的标本，典藏标本来源之广也是国内高校博物馆中少有的。
博物馆建馆的主要目的是为地质类专业的教学服务，因此，在展室的划分、展品的陈列方式和展品的选择基本遵循着高校地质专业教科书的内容体系。目前拥有与矿物学、岩石学、矿床学、古生物学、地史学等基础地质课程教学配套的较为完整和系统的标本体系。
博物馆的馆藏标本中还有一些珍奇标本，如：来自地外的Fe-Ni陨石、采自地球之颠－珠穆朗玛峰顶的奥陶纪灰岩、采自太平洋海底约6000米深处的钴锰结核、来自南极大陆的岩石和地表苔藓等等。
1999年，中国地质大学（北京）博物馆被中国科学技术协会确定为全国科普教育基地，成为青少年科普教育的课堂。
之前博物馆位于教二楼，展出分为两大部分，分别位于教二楼的一层和二层的西部。一层为地球物质成分展厅，展出内容包括与结晶学与矿物学、岩石学、矿床学等地质课程教学配套的系统标本。二层为生命演化与地球演化历史展厅，展出内容包括生命演化（古生物学）展室、地史学展室，青藏高原地质演化研究展室和地学知识科普展室四部分。
2008年起，博物馆进行了改造，目前博物馆已经搬至新落成的逸夫楼，位于十层、十一层和十二层共三层，包括地球科学厅、恐龙厅、地球与生命历史厅和地球物质厅等四个大的展厅。此次改造后的新馆，在扩充展厅面积、重新设计展示内容、增添了包括恐龙等珍贵古生物化石和大型精美的矿物标本等重要标本的同时，还采用了声、光、电技术等高新科技手段，提高了布展的科技含量，烘托了展示的气氛；在展厅中精心设计和制作典型的地质景观模型，用直观、形象的手段展示了深奥的地学内容。