بخش دیرینه شناسی دفتر موزه تاریخ طبیعی  از سال 1352  با جمع آوری انواع فسیلهای بی مهره و سنگ و کانی از بخشهایی از ایران  کار خود را  به طور رسمی آغاز نمود.

این گروه در  سالهای1354 تا 1355 طی پروژه  بین المللی به نام  دریاچه ارومیه با تیمی از محققان امریکایی،کار استخراج  فسیلهای مهره داران را از سه سايت مراغه انجام دادند . 


در طی سالهای پس از انقلاب تا سالهاي 1384  فعالیتهای این گروه به جمع آوری و مطالعه فسیلهای  بی مهره ، سنگ و کانی اختصاص داشت و پس از آن كاوش ، استخراج  و مطالعه فسیلهای مهره داران

و مطالعات پالینولوژیکی نیز اضافه شد. 

در حال حاضر چندین سایت فسیلی مهره داران مراغه و سایت فسیلی نورآباد لرستان استخراج و در حال مطالعه می باشد.

در بخش فسیل شناسی بی مهره بیش از 12000 عدد فسیل از تریلوبیتها، براکیوپودا، اکینوئیدها، خارپوستان، دوکفه ایها، شکم پایان ، آمونیتها و فسیلهای گیاهی نگهداري مي شود . 

همچنین 6000  قطعه سنگ و کانی از سراسر ایران جمع آوری و در آرشیو این گروه وجود دارد. وجود آزمایشگاههای تخصصی فسیل شناسی مهره دار و بی مهره و پالينولوژي نيز از زير مجموعه هاي اين گروه

مي باشد.