Il Museo Geologico fu creato nel 1860 da Gaetano Giorgio Gemmellaro, primo Professore di Geologia e Mineralogia dell'Ateneo palermitano e uno dei fondatori della Paleontologia stratigrafica. Appartenente ad una famiglia di illustri naturalisti e geologi catanesi ed in contatto con scienziati di fama internazionale, come George Cuvier e Charles Lyell, Gemmellaro, giunto a Palermo, trovò, nella Casa dei Padri Teatini in Via Maqueda (l'attuale sede della Facoltà di Giurisprudenza), il Gabinetto di Storia Naturale, riordinato da Pietro Calcara. Trovò inoltre una grande Collezione Geologica e Mineralogica, lasciata in eredità dal Conte Cesare Airoldi Arrigoni insieme alla somma di mille onze per l'incremento e la sistemazione dei reperti. Utilizzando questo cospicuo lascito, Gemmellaro iniziò una serie di intelligenti acquisti per costituire e ordinare una corposa Collezione Paleontologica generale che, raccogliendo fossili dei più tipici giacimenti italiani e stranieri, potesse servire anche come base per i confronti paleontologici. Inoltre, quale consulente alla redazione della Carta Geologica della Sicilia, diede inizio allo studio della stratigrafia dei terreni affioranti in Sicilia, dotando il Museo di una importantissima collezione petrografia siciliana. Il Gabinetto di storia naturale si trasformò in Istituto e Museo di Geologia dell’Università di Palermo (che nel 1989 si trasformerà nel Dipartimento di Geologia e Geodesia, di cui il Museo costituisce una sezione). In cinquanta anni il Museo, arredato con magnifici mobili espositori in pino-pece, raggiunse una ricchezza e importanza scientifica delle Collezioni tale che lo portò ad essere considerato una delle Istituzioni scientifiche più importanti d'Europa, addirittura secondo al British Museum di Londra. Nonostante la scomparsa di Gemmellaro (1904) il Museo continuò a crescere grazie all’attività dei Docenti dell’Istituto che proseguirono nella raccolta di materiale proveniente da tutta la Sicilia e ne incrementarono la consistenza tramite scambi ed acquisti.

Tuttavia, per problemi di spazio e per mancanza di personale, il Museo si trasformò gradatamente in un disordinato magazzino, nonostante l’altissimo interesse scientifico delle Collezioni. Nel 1965, per fare spazio alle nuove segreterie studenti, i vertici accademici del tempo decisero di smontare il Museo, i cui reperti vennero risposti in casse.

Nel 1975 viene bandito il concorso di Conservatore del Museo; nel 1977, nei locali da poco assegnati al Dipartimento di Geologia e Geodesia in Corso Tukory n°131, iniziano i lavori di riordino delle Collezioni e di allestimento dell'unica sala espositiva di cui il Museo dispone. Nel 1985, infine, il Museo riapre al pubblico con la Mostra "I Fossili di Sicilia". Nel 2001 il salone espositivo viene intitolato al Conservatore Enzo Burgio, scomparso lo stesso anno.

Il patrimonio del Museo è stimato in circa 600.000 reperti suddivisi, dopo il riordino del 1975, in:

Collezioni paleontologico-stratigrafiche, Collezioni paleontologico-sistematiche, Collezioni di vertebrati fossili, Collezioni micro-paleontologiche, Collezioni paleobotaniche, Collezioni litologiche, Collezioni mineralogiche, Collezioni paletnologiche, Collezioni di confronto, Collezioni di calchi, Collezioni didattiche.

L'importanza delle Collezioni è dovuta essenzialmente alla presenza di un migliaio di Olotipi di specie istituite dai paleontologi che hanno operato per più di un secolo nell’ Istituto e Museo di Geologia. Altro elemento che rende il Museo unico è la Collezione litologica siciliana costituita da campioni di tutte le rocce affioranti in Sicilia, compilata in occasione del primo rilevamento geologico dell'Isola (1877-1881). Fra i reperti di particolare interesse meritano di essere citati una serie di campioni delle lave che costituivano l'Isola Ferdinandea, raccolti da Carlo Gemmellaro, padre di Gaetano Giorgio, nel breve periodo di "esistenza" dell'isola stessa (1831).

Il Museo Geologico di Palermo rappresenta un Museo scientifico specializzato, testimonianza e archivio di un'intera regione che non ha eguali per genesi, storia geologica e popolamenti animali.

Le aree di ricerca del Museo riguardano: a) ricerche sulle Collezioni; Faune marine Plio-Pleistoceniche; Ammoniti dal Permiano al Cenomaniano; Ostracodi; Mammalofaune quaternarie; Studio dei fossili provenienti da giacimenti di nuova scoperta; b) sistemi di schedatura informatizzata; c) storia delle scienze geo-paleontologiche in Sicilia; d) ricerche e raccolte sul terreno; e) ricerche sulla cronologia e biostratigrafia dell'Era quaternaria basate sullo studio dei vertebrati fossili; f) ricerche e applicazioni sui sistemi didattico-divulgativi.

Pianta della sala dedicata all'esposizione