Le Musée cantonal est né en 1818 suite à une souscription publique pour aquérir la collection de minéraux de Henri Struve (1751-1826). En 1874, le Musée cantonal se réorganisa thématiquement (zoologie, botanique, géologie) et le Musée de géologie fut officiellement créé dans l'ancien évêché.
Charles Lardy (1780-1858). Directeur-général des forêts du canton de Vaud, il fonda, avec Daniel Alexandre Chavannes, le Musée cantonal en 1818.
La création du Musée cantonal encouragea les passionnés de sciences à donner leurs collections. C'est ainsi qu'en géologie, d'illustres vaudois comme Jean de Charpentier, directeur des mines de Bex et Frédéric-César de la Harpe, ancien précepteur du Tsar et patriote vaudois, firent don de leurs belles collections de minéraux au Musée. C'est dès le milieu du XIXe siècle que Philippe de la Harpe, Eugène Renevier et plus tard, Maurice Lugeon commencèrent à réunir les premières collections de paléontologie et surtout la grande collection de géologie régionale.
La construction du Palais de Rumine permettra en 1906 l'installation du Musée, des laboratoires universitaires de géologie et minéralogie et leurs bibliothèques spécialisées, elles-mêmes fusionnées en 1931. C'est là qu'une véritable symbiose s'institua et contribua au développement considérable des collections cantonales et au rayonnement de l'enseignement et de la recherche. Enseignement qui a vu accourir à Lausanne les plus grands savants de l'époque.
Maurice Lugeon (1870-1953). Initialement engagé comme préparateur, il devint directeur du Musée de 1906 à 1940 et professeur à l'Université.
Ce rapprochement entre le Musée et l'Université de Lausanne s'est poursuivi en 1987 avec le déménagement des deux institutions dans le Bâtiment des sciences humaines 2 (BFSH-2), aujourd'hui l'Anthropole, à Dorigny. Au sein de cette symbiose "recherche scientifique-musée", le Musée de géologie, tourné vers le public avec ses 840m2 d'exposition au Palais de Rumine, apparaît plus que jamais comme un pont entre les chercheurs et le grand public.
Afin de soutenir les activités du Musée et de promouvoir les sciences de la Terre en Suisse romande, l'Association des amis du Musée de géologie de Lausanne (AMGL) a été créée en 1996. Et depuis 1997, les surfaces de l'Espace Arlaud, ont été mises périodiquement à disposition du Musée pour la présentation d'expositions temporaires.
Enfin en 2023, les musées cantonaux de botanique, géologie et zoologie deviennent les départements d'un unique Muséum cantonal des sciences naturelles.
