Diese Sammlung nimmt als Haupt- und Hausthema in 31 Vitrinen mit 24 Informationstafeln den größten Raum ein.Vertreten sind die Formationen: Devon, Karbon, Perm, Trias und nach langer Ablagerungspause Quartär in geringer Mächtigkeit. Der regionale Rahmen endet nicht an den politischen Grenzen des Saarlandes, sondern an geologischen, so daß Funde aus dem Saar-Nahe-Becken und dem südlichen Rheinischen Schiefergebirge mit einbezogen wurden. Die Sammlung stellt das Saarländische Steinkohlegebirge des Karbon in den Mittelpunkt, bringt also das Devon als Rand- und Grundgebirge und Perm und Trias als Deckgebirge. Auf den geologischen Werdegang unserer Region wurde deshalb bei der Darstellung in den Informationstafeln besonderer Wert gelegt, so daß die Folge der Begleittexte auch eine saarländische Erdgeschichte darstellt.
In den Devon-Vitrinen werden zunächst neben Gesteinen und Mineralien Korallen und Brachiopoden (Armfüßer) gezeigt, dann aber vor allem die berühmten Funde aus den "Bundenbacher Schiefern": bis ins letzte Detail erhaltene Seesterne, Schlangensterne, Seelilien, Trilobiten, Krebse und Fische.
Darstellung und zusammengesetzter Bohrkern aus der Tiefbohrung Saar 1, die alle vier Formationen durchdrang, leiten zum Karbon über. Es ist zunächst auch durch einen Bohrkern vertreten, der in stark reduzierter Form die Wechselfolge der Gesteine mit Kohleflözen zeigt. Gesteine werden auch in den ersten beiden Vitrinen vorgestellt, während in der folgenden die wichtigsten Mineralien zu sehen sind. Zwei weitere Vitrinen sind der Tierwelt des Steinkohlenwaldes vorbehalten, besonders interessant sind Wirbeltierfährten aus dem Ubergangsfeld Amphibien / Reptilien. Aus der Vielzahl der Pflanzenfunde des Saarkarbons wurden die wichtigsten und am besten erhaltenen ausgewählt und in zehn Vitrinen ausgestellt. Die Gattungen werden—zu Familien und größeren Einheiten zusammengefaßt—in systematischer Ordnung vorgestellt (Gliedergewächse, Bärlappgewächse, Sporen- und Samenfarne usw. ). In einer Großvitrine sind schließlich die wichtigsten Leitfossilien in chronologischer Ordnung vereinigt. Zahlreiche Großstücke im Sammlungsbereich Saar-Karbon ergänzen das Bild des Steinkohlenwaldes.
Das Perm ist im Saar-Pfalz-Bereich nur durch die festländischen Ablagerungen des Rotliegenden vertreten. Wir zeigen Funde aus allen sechs Zeitabschnitten (Gruppen). Hervorzuheben ist die reichhaltige Tierwelt der Lebacher Gruppe vor allem in den Toneisen Geoden ("Lebacher Eier").
Aus der gleichen Zeit stammt ein Glanzstück unserer Sammlung Sclerocephalus häuseri, ein Riesensalamander. Dem Thema "Vulkanismus im Saar-Nahe-Rotliegenden" sind zahlreiche Mineralien (Drusen mit Bergkristallen und Amethyst, Achate usw.) und eine besondere Informationstafel gewidmet. Großstücke von Kieselhölzern und Konglomeraten ergänzen diesen Teil der Ausstellung. Die saarländische Trias zeigt einmal Funde aus den Festlandablagerungen der Buntsandsteinzeit, zum anderen der Tierwelt des Muschelkalkmeeres. Hervorzuheben sind große rote Sandsteinplatten mit Rippelmarken und Wirbeltierfährten, Kupfermineralanreicherungen (Azurit und Malachit) und schließlich verschiedene Ceratitenformen (für diese Zeit typische Ammoniten) und Seelilien mit gut erhaltenen Kelchen und Stielgliedern.
Das im Saarland geringmächtige Quartär ist durch ein ufernahes Schütt-Profil (Basis: Buntsandstein + reduziertes Diluvium + Alluvium) und Mammut-Stoßzahn und -Oberschenkelknochen sowie einen Tropfstein vertreten.
Eine Vitrine mit Artefakten (Leihgaben des Historischen Vereins für die Saargegend e.V. Saarbrücken) und ein Hinweis auf das Landesmuseum für Vor- und Frühgeschichte (Saarbrücken, Ludwigsplatz) leiten thematisch von der Chronologie der Erde zu der der Menschheit über.
