Палеонтоложката колекция съдържа около 300 експоната от скали и вкаменелости от животни, обитавали територията на Плевенския регион преди 45 – 60 милиона години. Най-богато е представен Баденският неогенов период от преди 16 милиона години, когато разливите на Баденското море са заемали част от Дунавската равнина. Могат да се видят вкаменелости на миди, охлюви, морски таралежи. Интересни образци в тази колекция са кости от пещерна мечка, зъби от мастодонт, зъби от акули и други.