Petrografická podsbírka mineralogicko-petrologického oddělení představuje soubor více než 24 800 evidovaných položek. Počátek vytváření sbírky se datuje do 30. a 40. let 19. století a je spojen především s působením kurátora F. X. M. Zippeho a jeho pokračovatelů Jana Krejčího a Emanuela Bořického. Převážnou část sbírky představují horniny dokumentující geologickou stavbu České republiky, respektive bývalého Československa, pouze menší část vzorků pochází z evropských a světových lokalit. Sbírka je uložena do kompaktorových skříní v depozitářích v Horních Počernicích a je řazena primárně podle petrologického systému a následně podle regionálně geologického členění Českého masívu a jeho pokryvných jednotek. Horniny z evropských a světových lokalit jsou pak uloženy souhrnně. Velkoformátové vzorky v počtu několika desítek kusů jsou uloženy odděleně v policích. Mimo petrologický systém je uložen fond dekoračních kamenů v počtu ca 1 200 evidovaných položek.

Dokumentace petrologické podsbírky je plně digitalizována, včetně lokačního seznamu všech položek. Druhý stupeň evidence je doplněn 54 položkami přírůstků a 665 položkami doprovodné dokumentace. Mezi zajímavé položky petrografické sbírky patří např. soubor archaických hornin ze západního Grónska (jednotka Isua), které patří mezi jedny z nejstarších hornin na světě (stáří ca 3,7 miliardy let) nebo vzorky orbikulárního křemenného dioritu z Muckova, který představuje ojedinělý výskyt tohoto typu horniny na našem území. Fond petrologické sbírky je i nadále rozšiřován, a to především vlastními sběry pracovníků oddělení. Mezi zajímavé přírůstky z poslední doby patří například soubor archaických a proterozoických hornin z Finska, rájovská ortorula, nejstarší hornina ČR datovaná na 2 miliardy let nebo stromatolitické silicity z Kokšína, nejstarší doklady o přítomnosti života na našem území.