Il museo sardo di geologia e paleontologia "Domenico Lovisato" nasce da un’originaria collezione appartenuta al Viceré di Sardegna Carlo Felice di Savoia (1765-1831). Nel 1806, questa venne trasferita in diverse sale del “Palazzo Belgrano”, sede del Rettorato, e si arricchì di numerosi campioni, tra cui quelli della “Collezione La Marmora”: una raccolta di rocce e fossili provenienti da tutta la Sardegna, che Alberto La Marmora aveva raccolto nella prima metà dell’800.

Nel corso degli anni, le collezioni universitarie e dunque quelle geo-paleontologiche e mineralogiche subirono diversi cambiamenti organizzativi tra cui, nel 1859, la separazione del museo di antichità da quello di storia naturale. Quest'ultimo, nel 1864, è stato ulteriormente suddiviso in “Regio museo zoologico” e “Regio museo di mineralogia e geologia”.

Fondamentale, nello sviluppo della collezione, fu nel 1884 l'arrivo dello scienziato istriano Domenico Lovisato, vincitore della cattedra di Mineralogia all’ateneo cagliaritano. Grazie a lui, nella collezione confluirono i numerosi reperti sardi raccolti durante i suoi studi. La crescita scientifica del museo continuò fino al 1916, anno in cui scomparve Lovisato e iniziò il declino della struttura. L'ultima, definitiva divisione valida ancora oggi, risale al 1922, quando - con la creazione dei due istituti di mineralogia e geologia - il museo venne diviso in altrettante collezioni: il “Museo di mineralogia” e il “Museo sardo di geologia e paleontologia”.

Durante la Seconda Guerra Mondiale, le collezioni furono gravemente decimate: molti reperti andarono distrutti o dispersi e provvisoriamente trasportati a Ghilarza, sede di sfollamento dei due Istituti e di quanto ancora era conservato nei sotterranei del Palazzo Belgrano. Negli anni 1956-1957, i due istituti furono trasferiti a Cagliari, prima in via dei Genovesi e successivamente nell’attuale sede di via Trentino dove le collezioni vennero riordinate dai docenti Vasco Rossetti e Ida Comaschi Caria.