Фонды Музея Землеведения насчитывают около 50.000 единиц хранения музейных материалов и подразделяются на 2 основных раздела: натурные материалы и материалы научно-художественного фонда.
Большую часть натурных материалов Музея составляют геологические образцы, которые разделены на 3 раздела: «Минералы и полезные ископаемые», «Изверженные и метаморфические горные породы и метеориты», «Осадочные горные породы и палеонтологические материалы». Геологические материалы перечисленных разделов представлены в виде коллекций.
В наиболее многочисленном разделе «Минералы и полезные ископаемые» выделяются следующие коллекции: систематическая и генетическая, коллекция минералов, коллекция минеральных видов и минеральных агрегатов, коллекция образцов различных формационных типов металлических и неметаллических полезных ископаемых, коллекция крупных штуфов минералов и полезных ископаемых, коллекция люминесцирующих минералов и битумов, региональная коллекция минералов и полезных ископаемых. Последняя характеризует богатство недр основных горнодобывающих регионов России: Урала, Кавказа, Алтая, Сибири и Дальнего Востока, Кольского полуострова, а также известных зарубежных месторождений, коллекция горных пород.
Раздел «Изверженные, метаморфические горные породы и метеориты» состоит из коллекции внеземного вещества: метеоритов и лунного грунта, импактитов, систематической коллекции изверженных горных пород, коллекции горных пород разных фаций метаморфизма и метасоматоза, коллекции вулканогенных горных пород, коллекции пород дна мирового океана («черный и белый курильщики», мантийное вещество из рифтовых долин, железо-марганцовые конкреции).
Раздел «Осадочные горные породы и палеонтологические материалы» включает коллекции горных пород экзогенного происхождения и коллекцию ископаемой флоры и фауны по геологическим периодам, монографические палеонтологические коллекции.
В Музее Землеведения хранится уникальная коллекция почвенных монолитов (231 единица хранения), коллекция моделей биогеоценозов (15 единиц хранения), зоологические материалы: 1050 чучел, тушек и влажных препаратов, в том числе, современных обитателей морей и океанов (170 единиц), коллекции насекомых, ботанических образцов и гербариев (571 единица хранения).
Во фризовом поясе многочисленных залов Музея располагается галерея живописных полотен (262 картины), отражающих разнообразные ландшафты нашей страны, написанных крупнейшими художниками в основном с натуры. По заказу Музея создана галерея из 80 бюстов крупных ученых-естествоиспытателей, внесших большой вклад в изучение природы страны. Бюсты выполнены известными скульпторами в мраморе, бронзе и гипсе. Музей обладает галереей из портретов выдающихся ученых и исторических деятелей, деятельность которых связана с Московским Университетом.
Сотрудниками отдела фондов проводится работа по научному комплектованию ценных коллекций, результатом которой является выпуск иллюстрированных каталогов. Выпущены каталоги Фианиты, Малахиты, Янтарь, Яшмы, Аметисты.