Палеонтологический музей им. Ю.А. Орлова – структурное подразделение и неотъемлемая часть Палеонтологического института им. А.А. Борисяка РАН – всемирно известного лидера в области палеонтологических исследований. Он входит в число крупнейших естественно-исторических музеев мира. Богатейшие палеонтологические коллекции, которыми известен Музей, собирались на протяжении почти трех столетий.
Как и многие крупные музеи нашей страны, Палеонтологический музей берет начало от основанной в 1714 г. Петром I Кунсткамеры – первого российского естественно- научного музея. В 1716 г. в Кунсткамере для хранения и демонстрации коллекций природных материалов был организован Минеральный кабинет, а в 1718 г. Петр I издал Указ: «Ежели кто найдет в земле или в воде старые вещи, а имянно: каменья необыкновенные, кости человеческия или скотския, рыбьи или птичьи, не такия, какие у нас ныне есть, или и такия, да зело велики или малы перед обыкновенными..., також бы приносили, за что давана будет довольная дача».
Одним из сподвижников Петра I был Я.В. Брюс, государственный деятель, ученый и коллекционер. Под его руководством начиналась планомерная разведка полезных ископаемых в России, при этом нередко обнаруживались ископаемые остатки животных и растений. Большую роль в пополнении коллекций в это время сыграли также сборы минералов и окаменелостей (особенно остатков мамонтов) В.Н. Татищева и Д. Мессершмидта. Разбором и систематизацией материалов Минерального кабинета занимались И.Г. Гмелин, И. Амман, М.В. Ломоносов. В 1745 г. был издан двухтомный каталог экспонатов Кунсткамеры. В конце XVIII в. палеонтологические коллекции пополнялись за счет сборов экспедиций Академии наук на юге России, на Урале, в Сибири и на Камчатке, проведенных под руководством известных естествоиспытателей П.С. Палласа, И.И. Лепехина, И.П. Фалька, В.Ф. Зуева, С.Г. Гмелина, И.Н. Гильденштедта и др.
В 1836 г. Минералогический музей выделился из Минерального кабинета Кунсткамеры в самостоятельное учреждение Академии наук. Музеем руководили выдающийся ученый-геолог Г.П. Гельмерсен (1836–1844 гг.), К.И. Гревингк (1845–1857 гг.), известный минералог Н.И. Кокшаров (1866–1873 гг.), выдающийся палеонтолог академик Ф.Б. Шмидт, который способствовал расширению геологического и палеонтологического направлений деятельности Музея и его переименованию в 1898 г. в Геологический музей имени Петра Великого Императорской Академии наук. С 1904 г., благодаря усилиям академика Ф.Н. Чернышева, возглавлявшего в то время Музей, а также академиков А.П. Карпинского и В.И. Вернадского, началась реорганизация Геологического музея. Практически были созданы два музея, имевших статус отделов: Минералогический отдел и объединенный Геологический и палеонтологический отдел. В 1912 г. с приходом в музей В.И. Вернадского и А.Е. Ферсмана музей был переименован в Геологический и минералогический музей имени Петра Великого. С 1914 г. Музеем руководил академик Н.И. Андрусов. В 1918 г. научным сотрудником Музея стал А.А. Борисяк, который руководил Геологическим отделением Музея с 1921 по 1925 гг. В 1922 г. была опубликована «Краткая памятка коллекций Геологического отделения».
Большой размах экспедиционной деятельности Академии наук, развитие сети геологоразведочных работ в стране, расширение всех направлений геологических исследований привели к быстрому пополнению и еще большему увеличению разнообразия коллекций Музея. В 1925 г. Музей был разделен на два самостоятельных музея – Геологический и Минералогический.