Экспозиция музея посвящена эволюции органического мира Земли.

Экспозиционная площадь музея составляет около 37 квадратных метров.

Здесь представлена роспись стен, посвященная тематике музея.

Выставлено около 100 экспонатов, отражающих разные этапы развития органического мира нашей планеты от самых древних до современных.

Экспозиция открывается рассказом о предмете и задачах палеонтологии, её истории, основных разделах, месте среди других наук и практическом значении; великих ученых, внесших огромный вклад в развитие науки палеонтологии.

Часть экспозиции «Докембийской и палеозойской эры» посвящена самым ранним этапам развития жизни и рассказывает о том, какими были первые жители нашей планеты, как и когда появились важнейшие группы беспозвоночных животных и растений, о дальнейших путях их эволюции. Своеобразие органического мира этого этапа обусловливается тем, что его развитие протекало, главным образом, в морях, где господствовали древние беспозвоночные, водоросли и бактерии. В витринах музея можно увидеть организмы каменноугольного и мезозойского периода: аммониты, раковины брюхоногих моллюсков и брахиоподов, наутилуса.

Часть экспозиции знакомит с коллекцией динозавров мезозойской эры. Среди животных главными «действующими лицами» стали пресмыкающиеся. В мезозое они, кроме суши, освоили водную и воздушную среды. В музее представлены макеты: трицерапторса, птеродактилей, стегозавра, велоцираптора.

В одной из витрин музея хранится полевой набор инструментов палеонтолога, предназначенный для проведения полевых работ.

В музее представлен стенд, рассказывающий об окаменелостях московского метрополитена и детские творческие работы, одной из которых является макет мамонтенка Димы.