A História do Museu de Geociências da USP sempre caminhou lado a lado com o ensino das Ciências da Terra na Universidade de São Paulo. O Museu é resultado de um processo dinâmico de atividades de ensino e pesquisa na USP, por isso não possui uma data de fundação definida.
O acervo do atual museu é herdado de várias coleções didáticas da antiga Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras da USP (FFCL), sendo a principal delas, o Museu de Mineralogia. A primeira coleção geológica da Universidade teve início com o curso de Ciências Naturais, em 1935, na FFCL – USP. Deve-se ao Prof. Ettore Onorato, mineralogista italiano, a organização da primeira coleção didática de minerais utilizada em aula, entre 1935 e 1938. Em 1939 o acervo foi enriquecido com amostras de rochas trazidas por outro professor italiano, o vulcanólogo Otorino de Fiore di Cropani. A partir de 1941 o curso mudou de nome, para História Natural, e as amostras trazidas das viagens de campo realizadas pelos primeiros alunos, viraram acervo para as coleções.
O Museu de Mineralogia foi instalado temporariamente, junto ao curso de Ciências Naturais, no prédio da Faculdade de Medicina da USP (1935-1937), passando depois a ocupar, até 1969, parte do Palacete Jorge Street, na Alameda Glete, bairro dos Campos Elíseos em São Paulo. Esse museu foi o núcleo principal do acervo mineral do Museu de Geociências e é formado pelas seguintes coleções: a aquisição da coleção de minerais do engenheiro do Serviço Geológico e Mineralógico do Brasil, José Belmiro de Araújo Ferraz (1935); aquisição da coleção de minerais do bancário Luiz Paixão Silva de Araújo Costa (1954) e a coleção de gemas doadas por ocasião da criação do Instituto Brasileiro de Gemologia (1955).
O acervo do atual Museu de Geociências é resultado da união de várias coleções em vários períodos diferentes, destacando-se: o acervo do Museu de Mineralogia da FFCL, ; o acervo do Museu de Petrografia, que também funcionou até 1969 no edifício na Alameda Glete; a coleção do Departamento de Geologia e Paleontologia (DGP) e parte do acervo da coleção do Departamento de Química da FFCL. Após a mudança do curso de Geologia para a Cidade Universitária em 1969, o acervo do Museu de Mineralogia e das outras coleções foram encaixotados e ficaram armazenados até meados dos anos 70 em um dos galpões do Instituto de Psicologia da USP, instalações provisórias do novo Instituto de Geociências (IG), criado em meados da década de 70 (conhecidos por “barracões”). Em 1974 o IGc se mudou para o edifício atual e o museu continuou nos "barracoes" até 1987.
Em 1974 o IGc mudou-se para a nova sede, onde estava previsto um espaço para o museu, porém este espaço só teria sua construção iniciada em 1989. O Museu permaneceu nas instalações provisórias até 1987, sendo a última seção do IGc a integrar o novo prédio, mudando-se para o espaço onde agora é o auditório 5. Em 1991 o espaço definitivo do Museu teve sua construção concluída e o acervo passou a ocupar a área em que está atualmente. Uma grande reforma realizada com verba da FAPESP no ano 2000 redefiniu a feição que o Museu ocuparia até 2023, quando nova reforma teve início, dessa vez com verbas do CNPQ.
Etiqueta antiga do gabinete de mineralogia e geologia, 1935–1938.
Etiqueta antiga do departamento de geologia e paleontologia, década de 1940 da coleção de dinâmica terrestre.
A construção do atual edifício do Instituto de Geociências da USP, na Rua do Lago, no início da década de 1970
Parte da exposição do Museu no espaço do atual auditório A5 (1987-1991)
Entrada do Museu já no espaço atual em 1991
Aspecto da área expositiva do Museu no espaço atual em 1991