Je rozčlenená do troch väčších skupín. Zbierku sintrov – špecifickú a veľmi rozšírenú skupinu minerálov v prírode tvoria tie, ktorých vznik je viazaný na procesy krasovatenia karbonátových hornín. Sekundárna výplň jaskýň vzniká vyzrážaním uhličitanu vápenatého (CaCO3) z presýtených vodných roztokov v jaskynnom prostredí, pričom hlavným stavebným minerálom je kalcit, menej aragonit. Výsledná podoba sintrovej výzdoby v jaskyniach má rôznorodý charakter.
Mineralogická zbierka vznikala súčasne so založením múzea a bola už súčasťou Liptovskej zbierky z roku 1904 zostavovanej z iniciatívy J. Volka-Starohorského, spoluzakladateľa múzea. Početnými darmi, terénnym výskumom a kúpami sa z počiatočných niekoľko stoviek kusov zbierka minerálov rozrástla na niekoľko tisíc položiek. Zbierka obsahuje viac ako 300 druhov a odrôd minerálov v rôznom morfologickom, farebnom a paragenetickom vývoji, rozdielnej genézy a z rôznych nálezísk u nás a vo svete. Kolekcia brúsených drahých a šperkových kameňov, prírodných skiel meteorického pôvodu – tektitov je jednou z najmladších zbierok múzea. Múzeum vlastní unikátnu zbierku kryštálov kalcitu získaných z jaskýň a krasových území Slovenska a zo zahraničia.
V petrologickej zbierke múzea majú bohaté zastúpenie všetky základné typy hornín – magmatické, sedimentárne a metamorfované. Okrem hornín z celého Slovenska sa tu nachádzajú horniny z mnohých krajín sveta. Aj keď sa múzeum neorientuje na zbieranie určitých špecifických typov hornín, snahou múzea je petrologické zdokumentovanie všetkých krasových území na Slovensku. Ide o horniny podliehajúce krasovateniu, predovšetkým vápence a dolomity, v závislosti na geologickej stavbe územia. Ako osobitne vyčlenenú kategóriu v petrologickej zbierke možno uviesť tzv. škrapy, ktoré sú typickou geomorfologickou črtou krasových území.
Kurátor: RNDr. Monika Orvošová, PhD.