Формирование и развитие российской петрографической школы началось в Санкт-Петербургском Императорском университете в 70-е годы XIX века. На кафедре геологии физико-математического факультета, организованной профессором А. А. Иностранцевым в 1873 г., был создан Геологический кабинет — прообраз современных Палеонтологического и Петрографического музеев.
Систематические, тематические и учебные коллекции музея насчитывают более 15000 единиц хранения и демонстрируют петрографическое многообразие российских регионов. Коллекции представляют интерес как для специалистов, так и для широкого круга посетителей, интересующихся науками о Земле. В музее хранится богатая коллекция микропрепаратов (шлифов) различных типов горных пород, которые служат пособиями для обучения студентов-геологов и используются в интерактивных занятиях со школьниками. Развернуты научно-популярные экспозиции «Современный вулканизм Земли», «Эволюция каменной Земли», «Камень в убранстве Санкт-Петербурга».