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La colección de rocas está conformada por piezas provenientes de diferentes partes y de distintos ambientes, permitiendo contextualizar sobre los procesos que dan origen a éstas y su importancia a lo largo de la historia del planeta. Además las rocas constituyen una importante fuente de información de un medio externo específico, cuando se hallan especímenes entre éstas.
El Museo cuenta una variada colección de invertebrados marinos que datan de las eras Paleozoica y Mesozoica, de diferentes grupos taxonómicos, tales como briozoos, celenterados, braquiópodos, artrópodos, equinodermos, hemicordados y moluscos (bivalvos, gasterópodos y cefalópodos). A este último grupo pertenecen las ammonites, organismos extintos, parientes de los actuales pulpos y calamares. Fueron muy abundantes durante toda la era Mesozoica, y por eso, son los fósiles más representativos de Villa de Leyva.
La componen algunos ejemplares de reptiles marinos encontrados en la región de Villa de Leyva. Estos se desarrollaron en un mar interno de aguas claras y poco profundas donde desarrollaron aletas a modo de remos. Se tienen partes fósiles de tres grupos: Platypterigius sachicarum (Ictiosaurio), cuya forma es similar a la de un pez, Kronosaurus boyacensis (Pliosaurio), considerado el más grande depredador de los mares del cretácico y Callawayasarus colombiensis (Elasmosaurio), caracterizado por su cuello largo y cabeza pequeña.
Esta colección comprende troncos y estructuras reproductivas y petrificadas de plantas terrestres como las Gimnospermas, Pteridófitas y Angiospermas que incluyen impresiones de hojas, ramas y semillas.
En el año 2010 fue encontrado en Loma La Cabrera en Villa de Leyva la parte trasera de un ejemplar juvenil de un Pliosaurio que está en exhibición. El estado temprano de su desarrollo se evidencia por la osificación parcial de las superficies articulares de los huesos de las aletas y la cadera.
En los predios anexos al Museo Paleontológico de Villa de Leyva se encuentra el Arboretum "Padre Gustavo Huertas" que cuenta con una colección de más de 130 especies vegetales, organizadas en 6 jardines, que crecen a nivel local y/o nacional, de índole nativa y algunas en peligro de extinción.
