Eine überwältigende Fülle von Fossilien, Mineralien und Gesteinen empfängt den Besucher im Erdgeschoss der F.F. Sammlungen. Die Ausstellung und die Vitrinen stammen aus der Bauzeit des Museums in den späten 1860er Jahren. Die nach heutigen museumsdidaktischen Ansprüchen hoffnungslos veraltete Form der Präsentation wird heute als „Museum im Museum“ bewusst beibehalten. Die überholte Darstellung sollte zudem nicht über den wissenschaftlichen Rang der Exponate hinwegtäuschen.

Die Fossilien der paläontologischen Abteilungen – im Wesentlichen in den Vitrinen in der Saalmitte – sind nach den Erdzeitaltern geordnet und reichen von Versteinerungen aus dem Kambrium (vor 500 Mill. Jahren) bis zu Knochenfunden aus dem Quartär (seit 2,5 Mill. Jahren). Eine große Schrankvitrine zeigt die mit Hilfe des Hauses Fürstenberg in den 1950er Jahren geborgenen Funde vom Höwenegg (Stadt Immendingen): Das etwa 10 Millionen Jahre alte Urpferd Hipparion und das riesige Deinotherium giganteum, ein „Hauer-Elefant“ mit einer Schulterhöhe von etwa 3,5 Metern.

Eine zweite Schrankvitrine präsentiert Fossilien aus Öhningen am Bodensee, die rund 15 Millionen Jahre alt sind: Vor allem Fische und Pflanzen, daneben Vögel und Schlangen. Die Öhninger Funde weckten Ende des 18. Jahrhunderts eine breite Begeisterung. Als die Nachfrage nicht mehr durch Neufunde gedeckt werden konnte, verlegten sich einige Öhninger auf Fälschungen. Eine kleine Wachtel in der Fürstenbergischen Sammlungen stellte sich als kunstvolle Arbeit aus Fischgräten heraus!