История Геологического музея ведётся с 1805 года, когда по Уставу Императорского Казанского университета при отделении физических и математических наук был создан Кабинет естественной истории или, как его называли, Натуральный Кабинет.
Первым заведующим Кабинетом был назначен профессор Карл Федорович Фукс.
Коллекции быстро разрастались и в 1824-1825 гг. от Кабинета естественной истории был отделён в качестве самостоятельной единицы Минералогический Кабинет, послуживший основой для создания кафедры минералогии.
Большую роль в этом сыграл профессор А.Я. Купфер, составивший в 1826 году первый каталог, включавший 4960 образцов.
В 1863 году в университете была организована кафедра геогнозии и палеонтологии, и Минералогический Кабинет, которым в те годы заведовал профессор Ф.Ф. Розен был разделен на две части: минералогическую и геологическую.
Геологический Кабинет и кафедру геогнозии и палеонтологии возглавил выдающийся российский геолог Н. А. Головкинский.
В собрания Кабинета вошли окаменелости и горные породы.
В 1872 г. заведующим Геологическим Кабинетом и кафедры геогнозии и палеонтологии стал профессор Александр Антонович Штукенберг.
Вместе со своими учениками он активно включился в работу по составлению государственной геологической карты России. С этого момента начались целенаправленные сборы геологических коллекций сотрудниками Казанского университета и членами Общества естествоиспытателей при Казанском университете.
В годы революции и гражданской войны (1918–1920) коллекции Геологического музея были спасены профессором Михаилом Эдуардовичем Ноинским, поселившимся в те годы, непосредственно в Геологическом Кабинете.
В 1929 году Минералогический и Геологический Кабинеты были перемещены из здания «Старой Клиники» в здание бывшей Казанской духовной семинарии по ул. Ленина, 4/5 (ныне Кремлевская).
В конце 20-го столетия, при поддержке Первого Президента Республики Татарстан М.Ш. Шаймиева была произведена реконструкция здания геологического факультета университета и Геологического музея.
10 июня 2003 года музей был переименован в Геологический музей имени А.А.Штукенберга
Сейчас на двух этажах музея расположены залы и экспозиции Минералогии, Кристаллографии, Геодинамики, Исторической геологии, Фауны четвертичного (Ледникового) периода, Геологии нефти и газа, Геологии России, Истории Казанской геологической школы, Эволюции Человека.
