Die Sammlung der Bau- und Dekorationsgesteine besteht nahezu ausschließlich aus geschliffenen und polierten Gesteinsplatten, die für Dekorations- und Bildhauerzwecke Verwendung finden. Die Bedeutung dieser Teilkollektion innerhalb der Petrographischen Sammlungen liegt insbesondere in ihrer Referenzfunktion für restauratorische, denkmalpflegerische und architektonische Fragestellungen. In der Bau- und Dekorationsgesteinssammlung werden historisch und gegenwärtig genutzte Gesteinsarten in einer Vollständigkeit archiviert, wie sie in Deutschland nur wenige Sammlungen erreichen. Derzeit sind über 5.100 Gesteinsplatten aus insgesamt 75 Staaten inventarisiert. Davon sind etwa 1.580 Gesteinsproben aus deutschen Natursteinvorkommen. In geringem Umfang werden auch Gesteins-, Putz- und Mörtelproben historischer Bauwerke in der Sammlung aufbewahrt. Die ältesten Belege, über 160 Gesteinstäfelchen, sind bereits im Katalog der Königlich Saechsischen mineralogischen Sammlungen in Dresden (1832–1846) verzeichnet und stammen teilweise aus der Zeit um 1777.

Große Verluste im Bereich der älteren Bau- und Dekorationsgesteinssammlung – deren Wurzeln in der kurfürstlichen Kunstkammer des 16. Jahrhunderts liegen – entstanden durch den Zweiten Weltkrieg; bei vielen Stücken fehlten die Etiketten und eine sichere Zuordnung war häufig unmöglich.

Als bedeutende Zugänge in der jüngeren Sammlungsgeschichte sind Bau- und Dekorationsgesteine des ehemaligen VEB Elbenaturstein Dresden (ab 1967), der Staatlichen Fachschule für Steinbearbeitung in Wunsiedel (seit 1990) und der Firma Paros Naturstein in Dresden, sowie weiterhin eine umfangreiche Marmorsammlung von Kurt Elze aus Cottbus (1981) und Serpentinite von den Natursteinwerken Zöblitz AG zu nennen.