Геологический музей комплектовался на протяжении многих десятилетий в процессе проведения учебных, полевых практик и экспедиционных поездок по стране. Одной из старейших является геологическая учебная коллекция, созданная на основе геологической коллекции Александринского института благородных девиц (ХIХ в.). Представляя собой уникальное собрание, сегодня она не имеет аналогов в регионе. Собрана минералогическая, петрографическая, палеонтологическая и археологическая коллекции, насчитывающие более 2 500 единиц хранения основного фонда. В коллекциях музея имеются образцы минералов и горных пород не только по области, но и по территории всей Российской Федерации, а также стран СНГ, Африки.
Формирование зоологической учебной коллекции началось с конца 1960-х гг. на основе сохранившейся части коллекции Александринского института благородных девиц (ХIХ в.). Во второй половине ХХ в. зоологический музей развивался как структурное подразделение кафедры зоологии Тамбовского государственного педагогического института. В постоянном экспонировании находится 1 173 экспоната. Научная коллекция включает 7,5 тысяч экземпляров и регулярно используется при проведении учебных занятий, различных олимпиад по биологии. Зоологический учебный музей Державинского университета по масштабу собрания может составить серьезную конкуренцию зоологическим отделам многих музеев страны.
