La raccolta, collocata nei sotterranei di palazzo Ubaldini (XV secolo), comprende in particolare le ammoniti, fossili provenienti dal monte Nerone risalenti a circa 200 milioni di anni fa, quando la regione era ricoperta dal mare. Da segnalare inoltre i resti fossili di un grosso pachiderma e dell'orso delle caverne. Nella sala Antropologica (ex prigione) sono esposti crani umani che evidenziano l'evoluzione della specie e utensili di pietra fabbricati dagli uomini primitivi. Sempre nei sotterranei si può ammirare la "neviera" dove veniva ammassata la neve con lo scopo di conservare i cibi. In collaborazione con la Regione Marche e l'Università di Camerino è stata allestita un'aula didattica