1 мая  1963 года музей возглавил Николай Каржавин – первооткрыватель месторождения «Красная шапочка», Кальинского и Черемуховского месторождений, выдающийся специалист по бокситам. Он многое сделал для пополнения коллекций музея и обновления его внутреннего убранства –  стены залов украсили живописные уральские пейзажи, на выставочных постаментах появились макеты горных предприятий и модели крупных месторождений. На базе музея был создан клуб юных геологов. 

При Николае Акимовиче минералогическая сокровищница стала известна среди геологической общественности и гостей Свердловска, посещаемость музея увеличилась вдвое  и составила порядка 50 тыс. человек в год.

1 апреля 1968 года директором музея стала геолог Нинель Нестерова. Благодаря ее усилиям музей приобрел  экспонат, который является его визитной карточкой – кристалл кварца весом 784 кг «Малютка».

8 июня 1970 года  на должность директора музея заступил Валентин Румынин. Он неоднократно выступал на заседаниях Советского национального комитета  Международного союза музеев. При нем музей четырежды становился обладателем диплома «Учреждение культуры отличной работы». Значительно усилился приток посетителей – до 130 тыс. человек в год. Кроме того, в музее появился клуб любителей камня, куда входили геологи и коллекционеры. Активно пополнялись музейные фонды: сотрудники выезжали в экспедиции по всему Уралу.

С 1 марта 1983 года руководство музеем перешло Акиндину Першину. В 1987 году музей отмечал 50-летие, в преддверии этого события Акиндин Иванович организовал ремонт  всех залов. В штате музея появился мастер-камнерез, который изготавливал каменные сувениры для гостей.

1 июня 1991 года директором музея стал  горный инженер - геолог Леонид Гузовский. В первую очередь он усовершенствовал систему охраны музея и поднял зарплату сотрудникам, несмотря на сложные реалии перестройки. Музей стал заниматься коммерческой деятельностью и открыл свой магазин. Впервые при участии музея прошла  ярмарка «Малахитовая шкатулка» (ныне – «Минерал-шоу»). Активно музей включился и в научную работу, которую вел совместно в Институтом физики УрО РАН.

16 февраля 1993 года  директором музея стал профессор Горного университета Юрий Поленов, занимавший эту должность более 10 лет. При нем музей вошел в состав университета (в то время – Уральской горно-геологической академии) в качестве структурного подразделения. Юрий Алексеевич усилил работу по трем основным направлениям: комплектации музейных фондов, изданию научных трудов, подготовке методичек для проведения учебных геологических практик.

За новыми экспонатами сотрудники музея выезжали в ЯНАО, Оренбургскую область и Башкирию. В музее стали создаваться совершенно новые масштабные экспозиции, посвященные минерально-сырьевым ресурсам разных регионов Урала.

В 2005 год должность директора занял геолог, коллекционер и собиратель минералов Фират Нурмухаметов (сегодня он возглавляет Уральский центр камня). С этого времени музей начинает принимать участие в городских и областных проектах, направленных на продвижение Урала как уникального геологического региона России: в честь 320-летия В. Н. Татищева  была установлена глыба кварца, в Екатеринбурге появилась Минералогическая аллея, в районе Сосьвы был установлен памятный знак «Географический центр Свердловской области». В музее открылась «Золотая комната», в которой  представлена внушительная коллекция уральских изумрудов и золотых самородков.

С 2011 года Уральский геологический музей возглавляет кандидат геолого-минералогических наук Дмитрий Клейменов. Под его руководством музей упрочил свое положение одного из ведущих геологических музеев России. Сегодня кладовая недр УГГУ –  достопримечательность, которую во время визитов в уральскую столицу посещают первые лица государств.

31  июля 2021 года в УГГУ состоялось открытие XIII Всероссийской открытой полевой олимпиады юных геологов, одним из главных организаторов которой выступил  Уральский геологический музей. 

8 февраля 2019 года, после 14-летнего перерыва, в УГГУ  прошла Свердловская областная олимпиада юных геологов, с тех пор она организуется каждый год  силами Уральского геологического музея.  

8 февраля 2023 года на базе музея открылся Уральский образовательный центр юных геологов, горняков и экологов УГГУ.

21 мая 2024 года представителям 110 школ вручили 110  учебных коллекций горных пород, собранных сотрудниками музея. Часть коллекций была передана школьникам Таджикистана.