История музея начинается в 1755 году, вместе с учреждением Императорского университета. Изначально музей являлся частью московского университета и назывался «Минеральный кабинет». Вся экспозиция состояла из небольшой коллекции редких минералов, подаренных университету династией Демидовых в 1759 году. Позже «Минеральный кабинет» преобразовался в Музей естественной истории.
В 1988 году музей стал известен, как Государственный геологический музей им. В.И. Вернадского путем объединения Геолого-палеонтологического музея им. А.П. и М.П. Павловых и Минералогического музея им. В.И. Вернадского Московского геолого-разведочного института им. С. Орджоникидзе.
В 1994 году музей переходит во владения Российской академии наук. А в 2007 году изменяет свое название на Государственный геологический музей им. В.И. Вернадского Российской академии наук.
Деятельность музея направлена на анализ и проведение научных исследований, посвященных изучению Земли.
Помимо музейной деятельности, Государственный геологический музей им. В.И. Вернадского РАН известен и разработкой новых направлений в исследовании минерально-сырьевых ресурсов России.
Музей известен и активной просветительской деятельностью: проведением лекций и различного рода конференций, разработкой проектов, одобренных Российской академией наук.