A coleção paleontológica, composta por exemplares de fósseis científicos e didáticos, reúne material variado, como folhas, caules, troncos, carvão vegetal macroscópico, peixes, além de réplicas de animais e vegetais importantes para a realização de trabalhos didáticos. Os exemplares pertencem majoritariamente à Bacia Sedimentar do Paraná. A constituição do grupo de pesquisa internacional permitiu também um incremento na coleção que atualmente dispõe de material proveniente de outras Bacias Sedimentares, como é o caso da Bacia de Damodar (Índia). Em meio aos exemplares da coleção, ressalta-se a presença de fósseis únicos no mundo, como é o caso da Coricladus quiteriensis, espécie descrita por Jasper e colaboradores em 2005, proveniente de Encruzilhada do Sul, RS, e da Lycopodites riograndensis, descrita por Salvi et al. em 2008.

A coleção paleontológica está registrada na Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM), vinculada ao Ministério de Minas e Energia, fato que permite que os dados sejam acessados por pesquisadores e interessados do mundo todo. O laboratório de Paleobotânica, por meio de sua atuação e dos materiais que reúne no MCN, apresenta publicações científicas de reconhecimento internacional, além de contribuir para a formação de novos profissionais, por meio da realização de trabalhos de conclusão de curso, dissertações de Mestrado e teses de Doutorado.