Prvi predmeti, odnosno fosilizirani komadi paleoflore i paleofaune deponovani su u Muzej još krajem XIX veka. Pouzdano se zna da je prve primerke fosila i minerala doneo geolog i vulkanolog Rudolf Mileker, sin Feliksa Milekera, prvog kustosa Gradskog muzeja Vršac.
Nešto kasnije zbirku su dopunjavali ugledni naučnici sa budimpeštanskog univerziteta. Intenzivno je sakupljana do Drugog svetskog rata, a taj broj i danas čini okosnicu zbirke, koja broji preko 5.000 eksponata.
Zbirka je neznatno uvećana tokom druge polovine prošlog veka, uglavnom sekundarnim nalazima i poklonima.
Najveći deo zbirke potiče iz rumunskog dela južnog Banata (tadašnje Austrougarske u čijem je sastavu bila i Vojvodina): Almaških planina, Banatskog rudnog gorja i obale Dunava, a manji deo zbirke potiče sa lokacija iz srpskog dela južnog Banata (Jablanka, Kuštilj, Bela Crkva, Dubovac i Vršac). Za naš deo teritorije karakteristični su predmeti koji se odnose na fosilizirane delove kostiju holocenskih i pleistocenskih životinja. Ništa manje atraktivni komadi iz susednog dela čine niži životinjski oblici puževa – amonita, školjki i otisci paleobotanike čija starost doseže do Paleozoika, ili još preciznije do Karbona.
Sam raspon muzejske zbirke kreće se od Holocena pa do Karbona, odnosno starosti oko 362 miliona godina.
Najstariji predmet u Gradskom muzeju star je oko 362 miliona godina.