古哺乳动物展厅、古人类与旧石器展厅、东厅特展展厅）。该馆依托中国科学院古嵴椎动物与古人类研究所近百年收藏的20多万件标本，展出了从中挑选出的藏品900多件，包括从寒武纪至距今1万年前史前时代的地层中的各类化石标本、旧石器标本和模型，其中有无颌类、鱼类、两栖动物、爬行动物、鸟类、哺乳动物、古人类化石及旧石器等等，展现了史前动物及古人类的遗存和遗迹。展出的藏品中包括镇馆之宝“中国第一龙”许氏禄丰龙，以及马门溪龙、黄河象等知名的化石，还有带羽毛的恐龙、世界最原始的龟等最新研究热点化石。