El Museo Nacional tenía una de las colecciones paleontológicas más importantes de América Latina, con un total de 56 mil especímenes y 18,900 registros, divididos en núcleos de paleobotánica, paleoinvertebrados y paleovertebrados. Consistía principalmente en fósiles de plantas y animales, de Brasil y otros países, así como reconstrucciones, réplicas, modelos…