Arquitectura
El Museo se sitúa en la primera planta del edificio del Instituto Geológico y Minero de España, cuya construcción como sede oficial del organismo se inició en 1921 y no finalizó hasta mediados de la década de 1940. El proyecto arquitectónico se debe a Francisco Javier de Luque, si bien la obra realizada no corresponde en su acabado final a los planos primitivos.
En Diciembre de 1918, Luque, profesor de la Escuela de Arquitectura de Madrid, presenta un proyecto para la construcción del nuevo edificio del Instituto Geológico de España, inspirado aparentemente en planos del arquitecto Ricardo Velázquez Bosco, autor entre otros edificios de la Escuela de Minas y del antiguo Ministerio de Fomento, hoy de Agricultura.
En el proyecto de Luque se pueden encontrar elementos característicos de estos edificios, como son las cúpulas amansardadas de las esquinas (que no se llegaron a construir) o las cristaleras artísticas de los accesos a la planta primera, de los ventanales del pasillo y del propio edificio del Museo. El espacio del Museo es una nave diáfana, de 19 metros de altura y planta rectangular, que ocupa 713 metros cuadrados de superficie. La cubierta es de estructura metálica y policarbonato, que fue reemplazada durante las últimas obras acometidas a finales de los 80 por la original de vidrio armado con juntas de plomo. En altura se disponen tres corredores perimetrales volados al espacio central, a los que se accede mediante tres escaleras de caracol y un ascensor, situados en los cuatro vértices de la planta. Los pisos son de parquet-tarima, las barandillas de las balconadas de hierro forjado, y las paredes, enlucidas con yeso y decoradas con escayolas (destacando las conchas y escudos de los vértices superiores). El falso techo de la sala constituye una vidriera policroma horizontal y otras perimetrales en semibóvedas. Los motivos decorativos principales son un gran escudo real en el centro y cuatro escudos alegóricos del Cuerpo de Minas que ocupan la parte central de cada uno de los lados.
En forma perimetral se disponen también los escudos provinciales correspondientes a las Jefaturas de Minas existentes en la época de conclusión del edificio. Así, desde la entrada y en sentido horario pueden reconocerse los de Guadalajara, Córdoba, Ciudad Real, Jaén, Bilbao, Barcelona, San Sebastián, Oviedo, Badajoz, León, Sevilla, Murcia, Almería y Madrid. La monumentalidad de la sala en su conjunto, como ejemplo notable de la arquitectura de madera, hierro forjado y cristal de principios de siglo, dota al Museo de una atmósfera especial que justifica por sí misma su visita. La exposición consta de 250 vitrinas de madera tallada y vidrio, que se disponen en el entorno de la sala principal y los balcones, distribuyéndose en una superficie total de 1.370 metros cuadrados.