L’ensemble compte environ 100 000 spécimens répartis de la manière suivante :
Paléobotanique : environ 5000 spécimens (Lorraine, Alsace, Allemagne et Colombie)
Paléontologie des vertébrés : environ 5000 spécimens (reptiles mésozoïques, amphibiens paléozoïques, poissons, mammifères)
- Collection Paul Wernert : environ 2000 spécimens de la faune pléistocène alsacienne (essentiellement des mammifères)
Paléontologie des invertébrés : environ 90 000 spécimens (tous niveaux géologiques depuis le Cambrien jusqu’au très récent)
- Collection Anton Schrammen : coraux et éponges siluriens de l’Île de Gotland, en Suède
- Collection Suzette Gillet : Néogène d’Europe du Sud et de l’Est, Turquie, Moyen-Orient.
Collections pédagogiques : moulages d’originaux du Muséum National d’Histoire Naturelle de Paris, du Muséum d’Histoire Naturelle de Lyon (actuel Musée des Confluences) et de muséums allemands
Grands spécimens (crocodiles, reptiles, plantes) exposés dans l’Institut de Géologie
De plus, ces collections présentent des biostratigraphies de référence complètes :
- Le Trias est documenté via sa flore et ses faunes continentales et marines typiques. Une collection exceptionnelle de fossiles du Grès à Voltzia a été constituée après 1960.
- Le Jurassique inférieur (Toarcien et Aalénien) est documenté par ses faunes d’ammonites.
- Les niveaux Bajocien/Bathonien sont documentés par les faunes de niveaux récifaux et marins.
- Le Cénozoïque (Éocène, Oligocène et Miocène) est documenté par ses faunes de foraminifères et de gastéropodes. À cela s’ajoute une collection importante d’insectes fossiles de Brunstatt (Haut-Rhin), collection détruite en 1944.
- Le Quaternaire est documenté grâce aux collections palynologiques ainsi que la collection Paul Wernert constituée de restes de mammifères (faunes glaciaires et interglaciaires jusqu’à 250 000 ans) issus des sites d’Achenheim et Hangenbieten.
L'enrichissement de ces collections durant plus de deux siècles à été possible grâce à l'action de plus d'une cinquantaine de collecteurs, amateurs, scientifiques et revendeurs. On note malgré tout que la mise en place de collections scientifiques n'apparaît qu'après 1870 et la création de l'Institut de Paléontologie. L'essentiel des spécimens provient de l'espace rhénan (Alsace, Lorraine, sud de l'Allemagne) est permet un regard sur une période de l'histoire de la Terre allant d'environ - 500 millions d'années à l'actuel.
À cela s'ajoute une riche bibliothèque enrichie par et pour les études menées en paléontologie à Strasbourg depuis les années 1820. Ces quelques dizaines de milliers de référence ont une valeur scientifique et historique indéniable. Par ailleurs, une cartothèque de plus de 700 références permet de retracer l'étude de la géologie dans la région jusqu'au 16ème siècle. La production de ces cartes géologiques est aujourd'hui considérée comme le moteur de la constitution des collections de paléontologie.
Il faut également noter l'existence de centaines de lames minces, plaques photographiques, diapositives et supports pédagogiques liés à ces collections. Le travail d'identification et d'interprétation de ces supports vient à peine de débuter.
Une partie des collections est encore présente dans les locaux de l'Institut de Géologie. L'essentiel est stocké au fort Foch, inaccessible au public.