Il Museo di Geologia e Paleontologia ha sede presso lo storico Palazzo Cavalli alle Porte Contarine.
L'edificio, costruito dai Foscari tra la fine del'400 e l'inizio del'500, fu acquistato verso la metà del'600 dal Provveditore Marin Cavalli, che lo rinnovò completamente e commissionò gli affreschi che lo arricchiscono. Nel 1760 l'edificio passò per via ereditaria ai Bollani. Durante la dominazione austriaca divenne alloggio militare (1818-1836); nel 1840 venne comperato dal Demanio dello Stato e adibito a ufficio di dogana (1840-1890). Negli anni novanta dell'800, Palazzo Cavalli fu ceduto alla Regia Università che, con i suggerimenti dell'architetto Pio Chicchi, lo trasformò in Scuola di Applicazione per Ingegneri.
Dal 1932 ospita le collezioni e l'Istituto di Geologia, oggi è sede dei musei del Dipartimento di Geoscienze e in futuro ospiterà anche le collezioni dei musei di Antropologia e di Zoologia.
L'atrio e il vestibolo sono a forma di T rovesciato, formando il cosiddetto "portego da basso" a cui corrisponde al piano nobile il "portego de sora". A piano terra ci sono altre tre stanze, denominate: sala delle storie bibliche o sala del caminetto, sala della caccia e sala dei Telamoni.
Al museo di Geologia e Paleontologia, oltre alle rocce, sono conservati decine di migliaia di fossili di piante, invertebrati e vertebrati provenienti perlopiù da giacimenti delle Tre Venezie.