Il Museo possiede due collezioni principali: una di meteoriti e rocce da impatto, costituita da 625 campioni di cui 125 esposti, l'altra di minerali, composta da 4500 campioni di cui 130 esposti.

 

LA COLLEZIONE DI METEORITI
La maggior parte della collezione di meteoriti e rocce da impatto è stata sviluppata, nel corso degli anni, sia prima che dopo l'apertura del Museo, mediante l'acquisto di singoli campioni o interi lotti presso commercianti e ricercatori: questo è stato possibile grazie ad un lungo e meticoloso lavoro di selezione effettuato dal personale del Museo.
Alcune meteoriti e rocce da impatto, invece, sono state raccolte durante spedizioni scientifiche organizzate dalla Fondazione stessa presso le zone desertiche della Libia, Mauritania, Alegria, Egitto.
Tra i campioni esposti spicca la meteorite metallica di Nantan (nella foto sopra) che, con il suo peso di 272 kg, costituisce il campione di maggior peso presente in Italia. 

 

LA COLLEZIONE DI MINERALI
Il primo nucleo della collezione di minerali era costituito da 1500 campioni che la Provincia di Prato aveva acquistato nel 1998 da uno dei più noti collezionisti pratesi, Pietro Nardini, che aveva raccolto gli esemplari, personalmente e attraverso scambi, in Europa, Asia, America e in diverse regioni italiane.

 

            
Si tratta di una raccolta che, oltre a contenerenumerosi campioni di discreto valore provenienti da tutto il mondo, rappresenta abbastanza fedelmente il patrimonio mineralogico della Toscana, attraverso uan serie di esemplari in larga parte oggi introvabili, provenienti dalle più importanti aree mineralogiche toscane coem le Alpi Apuane, l'Isola d'Elba, Campiglia Marittima, l'area di Gavorrano e del Monte Amiata.
Frutto di donazioni sono poi le acquisizioni delle collezioni di Cino Ciatti (donazione effettuata dalla vedova Tina Baroncelli) e di Venanzio Farina. La collezione del pratese Ciatti, che consta di circa 600 esemplari tra i quali alcune rarità, è una testimonianza dell'ottimo livello del collezionismo mineralogico che, soprattutto negli anni '70, ha visto operare a Prato diverse centinaia di appassionati. Anche in questo caso sono molti i campioni provenienti dalla Toscana, raccolti spesso in località minerarie famose in tutto il mondo.
La collezione di Venanzio Farina, di notevole interesse scientifico, consiste in oltre 2100 esemplari raccolti nel corso di più di 60 anni di appassionata attività amatoriale di ricerca. Nella sala del Museo dedicata ai minerali è allestita un'apposita vetrina dove sono esposti alcuni degli esemplari più belli ed interessanti scelti da queste due donazioni.
Un'altra donazione è stata effettuata nel 2006  da parte delle sorelle Borchi di Prato: si tratta di una piccola collezione di circa 300 esemplari, avuta in eredità dal padre, tra i quali prevalgono campioni toscani, provenienti in particolare dall'Isola d'Elba. Un piccolo lascito di 30 esemplari è stato effettuato infine nel 2008 dalla signora Fiorella Tempesti, vedova di Francesco Berardono, collezionista di minerali.
Nello stesso anno Renzo Tasselli, collezionista di Prato, ha donato una stibiconite ed un bell'esemplare di siderite del Monte Serra.
Un discorso a parte meritano i campioni acquistati dai più importanti colllezionisti e commercianti a livello mondiale e che sono stati scelti per il loro considerevole valore estetico o per la loro rarità, come uno straordinario esemplare di brasilianite ritenuto unico al mondo (acquisto avvenuto attraverso Ennio Prato) e una bella pirite elbana di notevole dimensione e molto ben conservata, appartenuta alla collezione di
Adalberto Giazotto.