生物の進化と自然のしくみをテーマに、恐竜アナトサウルスほか実物化石、ジオラマ等を展示している。
自然史博物館入口前の広場にはブラキオサウルスの親子をはじめ、10体の実物大の恐竜模型があり、館内の自然史スクエアでは、ティラノサウルスとトリケラトプスの全身骨格が白亜紀の世界を演出。
古生代展示室では22の展示コーナーで、地球の誕生から約2億5千万年前までの生きものの進化をたどることができる。月からやってきた隕石、アノマロカリスで有名なバージェス動物群など迫力の大型標本も展示。
中生代展示室では2億5000万年前～6500万年前の恐竜たちの時代、中生代を紹介。中国雲南省で発見されたユアンモウサウルスの全身骨格（全長17ｍ）など、 合計10体の恐竜を間近で見ることができ、迫力満点。
また、実物大のジオラマと映像を組み合わせた「恐竜劇場」が30分間隔で上演されている。
エドモントサウルス展示室では、ルース・マーソンの「恐竜の谷」とよばれている場所に露出しているヘル・クリーク層から産出した恐竜エドモントサウルス・アネクテンスの実物化石が展示されている。