天宇自然博物馆建筑面积3.2万平方米。馆内保存有1106件较完整个体的恐龙化石,有长8米高6米的金山龙、形态可爱的鹦鹉嘴龙、从恐龙向飞行鸟类进化的初级阶段代表——中华鸟龙等。
天宇自然博物馆因保存有1106件较完整个体的恐龙化石,被吉尼斯世界纪录英国总部认定为“世界上最大的恐龙博物馆”。截至2010年8月,此馆已有6项藏品获“世界吉尼斯奖”,被誉为“一部描绘自然生命的万卷书”。天宇自然博物馆被认为是世界上最大的自然地质博物馆。
馆藏展品主要以矿物标本和古生物化石为主。9个矿物标本展厅内,收藏有世界各地的珍奇标本上万件。2006年被欧洲《矿物宝石标本》杂志评为年度十佳的“新疆碧玺”,它集天地精华于一体,流光溢彩,为世界一绝;产于新疆奇台的硅化木长达38米,堪称世界之最,2007年9月被载入“吉尼斯”世界纪录;产自乌拉圭的紫水晶洞高3.3米,重3.7吨,属世界之最;产于中国水晶之乡——江苏东海的重3.9吨的水晶单晶体为亚洲之最;重达338. 6克拉的金刚石,是我国有文字记载以来产出的最大的特大金刚石,比号称中国之最的“常林钻石”(重158.78克拉)重179.82克拉,呈金刚光泽,宝光熠熠;在世界上最大的石膏标本展厅内,各种透明石膏晶莹剔透,琳琅满目;进入世界上最大的钟乳石展厅,就宛若走进了梦幻世界,令人遐想无限。
在6个“贵州关岭生物群”展厅中,产于三叠纪地层的各种鱼龙、贵州龙、楯齿龙、海龙、海百合等化石标本近万件,从长达18米的大鱼龙到不足半米的小鱼龙应有尽有,显示了三叠纪时代生物的多样性和复杂性。
“热河生物群”7个展厅中,恐龙展厅的鹦鹉嘴龙化石近200件。其中禽龙化石胃部保存的胃石和当时的食物形成的化石,具有极高的观赏和科研价值。“万鱼厅”展示了十万多条一亿两千多万年前不同种类的鱼化石,为世界一绝。在世界其他博物馆很少见到的带有羽毛的恐龙和鸟类化石上千件,为人们研究恐龙的灭绝和鸟类起源提供了翔实的实物例证。
本馆收藏有“山旺生物群”地层的近千件鹿类、犀牛类化石等在其他博物馆难得一见的各种食肉类动物化石、昆虫、植物化石等都能在此一睹风采。看到这些化石就如同读到了一部永远读不完的“万卷书”,使人流连忘返。