Le collezioni a carattere litomineralogico dell'APAT, ereditate dal Servizio Geologico Nazionale, derivano in prevalenza dalle attività di rilevamento connesse alla redazione della Carta Geologica d'Italia o da attività di prospezione mineraria. Consistente è anche il numero di campioni raccolti tramite acquisti o donazioni. Pur essendo costituite in massima parte da reperti italiani, le collezioni dell'APAT comprendono anche numerosi campioni provenienti dall'estero. Diverse collezioni hanno una notevole importanza scientifica, storica e museologica, che ha valso loro notorietà internazionale (come nel caso delle raccolte di marmi antichi "Pescetto" e "De Santis"). Le collezioni litomineralogiche dell'APAT sono suddivise in tre categorie: reperti edilizi e decorativi, reperti litologici e minerali.