Il Museo di Storia Naturale, sorge nel 1786 in seguito al lascito del vescovo di Modena Giuseppe Maria Fogliani appassionato naturalista. La collezione di "curiosità naturali" si andò sensibilmente incrementando nel tempo, tanto che nel 1846, al massimo del suo splendore, Pietro Doderlein la definì "gemma fra le più belle" nell'ambito delle istituzioni culturali del duca di Modena Francesco IV. In effetti, la famiglia ducale brillò per alcune consistenti donazioni di "mirabilia" e "naturalia". 

Tra le altre, quella del 1819 da parte dell'arciduca Massimiliano, fratello del duca regnante, che destinò alle raccolte universitarie modenesi ben 2.158 pezzi della sua collezione diminerali, rocce e fossili, tra cui due frammenti del meteorite caduto nel 1808 a Stannern (Repubblica Ceca). 

Francesco IV donò una raccolta i rocce e minerali del deserto del Sinai e di Mochadam che aveva ricevuto insieme a varie antichità egizie da un giovane reggiano da lui mandato in quelle terre lontane. Nel 1842 ancora l'arciduca. 

Tra le donazioni al Museo rilevante anche quella di marmi e rocce del Pisano da parte dell'arciduca Ferdinando, mentre il fratello Francesco IV incaricava il direttore Pietro Doderlein a redigere la Carta geologica del ducato. 

Peraltro, non fu immune dalla passione per i "naturalia" neppure l'arciduchessa Maria Beatrice, come attesta il lascito all'Università di 1200 campioni di minerali già da lei classificati.


Il museo è suddiviso in tre sezioni: 

Collezione di minerali, rocce e pietre lavorate
Oltre 1500 campioni raccolti dal 1700 ad oggi tra i quali l'Aragonite coralloide e il tronco fossile mineralizzato a rame nativo. In questa collezione sono anche presenti minerali e rocce raccolti nel corso di alcune recenti spedizioni italiane in Antartide. È inoltre presente la collezione di pietre lavorate raccolte dall'Arciduca Massimiliano, fratello di Francesco III d'Este.

Collezione storica di meteoriti
Tra i Meteoriti che il pubblico può ammirare a "Gemma 1786" sono presenti numerosi frammenti di meteoriti litoidi caduti in Italia: a Siena nel 1794, ad Alessandria nel 1860, ad Alfianello (Brescia) nel 1883, a Renazzo (Ferrara) nel 1824; di elevatissimo valore scientifico e storico-culturale è poi il frammento principale del Meteorite caduto ad Albareto, nei pressi di Modena, nel 1766.Splendidi sono inoltre i campioni delle ben più rare Meteoriti metalliche, come l'esemplare di Toluca (Messico) e di Gibeon (Namibia); e delle rarissime pallasiti, Meteoriti pietro-ferrose tra i quali spicca il Meteorite di Atacama trovato nel deserto del Cile nel 1822.

Patrimonio storico di documenti, carte e strumentazione scientifica
La storia, i principi e le applicazioni della Cartografia raccontati attraverso una serie originale di pannelli didattici esplicativi. La prima testimonianza di carta geologica delle Provincie di Modena e Reggio Emilia redatta da Pietro Doderlein nel 1870.Nelle bacheche espositive è custodito il catalogo in due volumi del 1799 redatto da J.K. Megerle (custode del Reale Museo di Vienna) che accompagnava la raccolta di 2.158 campioni donata all'Arciduca Massimiliano all'allora Museo di Storia Naturale e il catalogo della Collezione Geognostica con la quale Pietro Doderlein vinse il premio all'Esposizione Universale di Londra nel 1862.