В Ильменском зале представлена систематическая коллекция ильменских минералов. В ней минеральные виды расположены согласно общепринятой кристаллохимической классификации, основанной на химическом составе и кристаллической структуре минерала (самородные элементы и интерметаллиды, сульфиды, сульфосоли, фториды, оксиды, гидроксиды, карбонаты, силикаты, сульфаты, фосфаты, ванадаты, молибдаты, вольфраматы).
Также в Ильменском зале представлены коллекции минералов по типам пегматитов Ильменских гор.
Амазонитовые пегматиты — один из первых объектов разработки и изучения. По минерализации они существенно отличаются от других пегматитов Ильменских гор. Общее число минералов амазонитовых пегматитов превышает 60.
Жильные тела миаскитовых пегматитов наиболее полно вскрыты копями в южной оконечности Ильменских гор, наибольшее число их локализовано в миаскитах и фенитах.
«Сиенитовые пегматиты. Породы, лишенные как кварца, так и нефелина, характеризующиеся пегматоидной структурой и залегающие в виде даек или согласных линзообразных тел объединены под этим именем…» — отмечал академик А.Н. Заварицкий.
В зале демонстрируются схематическая геологическая карта района Ильменских гор А.Н. Заварицкого (1945 г.), выполненная из уральских поделочных камней в 1978 г. и личные вещи академика А.Н. Заварицкого (микроскоп, столик Федорова, пишущая машинка, часть научной библиотеки). В центре зала – штуфы с крупными кристаллами сапфировидного корунда.