110 річна історія створення Палеонтологічного музею розпочинається зі зібрання колекцій решток палеоорганізмів, які започатковано в першій половині XIX ст. Основою палеонтологічних фондів є колекція давньої фауни відомого геолога Л. Цейшнера, яку спочатку (з 1852 р.) експонували в мінералогічному музеї. Надалі палеонтологічні фонди поповнювалися колекціями відомих геологів і палеонтологів. У 1905 р. з ініціативи проф. Р. Зубера (першого завідувача кафедри геології) на основі палеонтологічних і геологічних колекцій створено окремий самостійний підрозділ – Геологічний музей, який 2002 року за рішенням Вченої ради університету перейменовано на Палеонтологічний, оскільки 95% його музейних фондів складали рештки палеоорганізмів.

Музей є одним із найдавніших палеонтологічних музеїв у Європі, фонди якого репрезентують не лише еволюцію біосфери, а й регіональну палеонтологію різних регіонів України та світу. Нині Палеонтологічний музей є при кафедрі історичної геології та палеонтології геологічного факультету Львівського національного університету імені Івана Франка.

Палеонтологічним музеєм у різні роки завідували Р. Зубер (1905-1924 роки), Й. Семірадський (1924-1933), Я. Самсонович (1933-1939), Б. Кокошинська (1939-1946), В. Горецький (1946-1949), Венглінський (1949-1953), 3. Хмілевський (1953-1977), Л. Косарчин (1979-1986), О. Волошиновська (1986-2015).

Протягом усієї історії існування фонди музею постійно поповнювалися унікальними зібраннями декількох поколінь австрійських, польських та вітчизняних геологів. Чималий вклад у розширення фондів зробили відомі геологи-палеонтологи: М. Ломницький, Ю. Медвецький, З. Паздро, В. Рогаля, В. Зих, Й. Семірадський, В. Фрідберг, Б. Кокошинська, О. В’ялов, В. Шеремета, З. Хмелівський, В. Горецький, Л. Горбач., Я. Кульчицький та інші. Наукові колекції музею налічують понад 18 тисяч рідкісних палеонтологічних експонатів, які репрезентують усі етапи історії геологічного розвитку Землі та виявлені у різновікових відкладах геологічних регіонів світу.

До унікальних і найцінніших музейних експонатів належать палеонтологічні колекції: мезозойських і кайнозойських безхребетних з Північної Америки, Паризького басейну, Західних Карпат та інших регіонів Європи; флори з кам’яновугільних відкладів Донбасу, Львівсько-Волинського вугільного басейну, Чехії, Польщі, Англії, Франції, США, Канади; залишків панцирних риб з нижнього девону Шотландії та Волино-Поділля; решток палеоорганізмів з юрських літографських сланців с. Золенгофена (Німеччина); головоногих молюсків з юрських відкладів Українських Карпат; нижньокрейдової фауни безхребетних з Криму; юрських двостулкових молюсків з Передкарпатського і Переддобрудзького прогинів; відбитків слідів птахів, парнокопитних і хижаків з моласових відкладів неогену Передкарпаття; решток неогенових риб з менілітових сланців Карпат; решток мамонтів (зуби, бивні, лопатки, ребра, ступні, крижові та шийні хребці, частини хребта, передні та задні кінцівки), знайдених на території Західної України.

Останніми десятиріччями фонди музею поповнили нові колекції, зібрані у різновікових відкладах фанерозою України і переданих П. Гожиком, М. Лисенком, Л. Константиненком, В. Гриценком, а також співробітниками кафедри Р. Лещухом, Г. Гоцанюк, А. Іваніною, А. Данилівим, І. Мар’яшем, Я. Курепою та іншими.

Матеріали основного фонду Палеонтологічного музею мають велику наукову цінність. Палеонтологічні колекції, які зберігаються в монографічному відділі, описані в багатьох друкованих українських і закордонних виданнях. Музейні колекції є тією науковою і навчальною базою, яку використовують під час порівняльних досліджень студенти, аспіранти, науковці. На основі вивчення більшості з них написані статті та монографії В. Горецького, Л. Горбач, В. Шеремети, О. В’ялова, 3. Хмелівського. Р. Лещуха. За результатами досліджень фондів музею видано понад 250 наукових робіт, більшість з яких опубліковано в єдиному в Україні періодичному фаховому виданні “Палеонтологічний збірник”, який видається університетом.

Наукові фонди та музейна експозиція використовується в навчальному процесі студентами геологічного, біологічного та географічного факультетів та Природничому коледжі Львівського національного університету. Структура та тематика Палеонтологічного музею узгоджується з навчальними програмами курсів історичної геології, палеонтології, біостратиграфії, палеоекології, седиментології, палеогеографії, методів палеонтологічних досліджень, геології каустобіолітів, геологія вугільних родовищ та ін. Фонди музею постійно використовуються у навчальному процесі та при проведенні наукової роботи на факультеті. Музей відвідують студенти інших ВНЗ Львова, а також багатьох міст України та зарубіжжя. Постійними відвідувачами Палеонтологічного музею також є учні шкіл, коледжів та Малої академії наук м. Львова, Львівської та сусідніх областей.

Наявні і ведуться інвентарні книги, оформлені – уніфікований паспорт, положення про музей та свідоцтво про реєстрацію музею при Управлінні культури і туризму Львівської обласної державної адміністрації від 7 вересня 2007 року.

Унікальність, неповторність, велика наукова цінність для вітчизняної і світової науки колекцій викопних решток фауни і флори Палеонтологічного музею Львівського національного університету імені Івана Франка, безперечно є підставою для внесення їх до Державного реєстру об’єктів, що становлять національне надбання України.