生命长河奔流不息，绵延至今约40亿年，谁也不能窥其全貌；全球生物星罗棋布，遍及海洋、天空和陆地，谁也无法令它们聚首。今天，古今生物跨越时空，济济一堂，如同生命长河汇聚凝结于一瞬。一件件栩栩如生的标本带你身临其境，感受生命的多彩，惊叹大自然的神奇。

整个陈列按低等到高等的顺序排列，反映生物演化的历程，以动物界各个门，各个纲，各个目的代表物种，并配有各种生态景箱环境，既科学展示了各种动物的基本特征，又形象反映了它们的栖息及其与人类的密切关系，其中许多为我国特产和一二级的保护动物。另外馆内还经常举办各种专题展览，动物标本制作和化石修复演示， 为广大观众提供多种服务。

在古动物史陈列厅展出的180件展品中，最引人注目的是大厅中央的合川马门溪龙和黄河古象：前者身长22米，肩高3.5米，体重几十吨，发掘于重庆合川区太和镇，为世界上最大的恐龙之一；后者体长8米，身高4米，一对门牙就有3米长，发掘于甘肃东部黄土高原，也是古兽中的庞然大物。此外，还有许氏禄丰龙、多棘沱江龙、魏氏准噶尔翼龙、恐龙蛋、恐龙脚印、玄武蛙、鱼龙、雷兽、巨犀等古动物化石。

硅化木是真正的木化石，是几百万年或更早以前的树木被迅速埋葬地下后，被地下水中的SiO2（二氧化硅）替换而成的树木化石。它保留了树木的木质结构和纹理。颜色为土黄、淡黄、黄褐、红褐、灰白、灰黑等，抛光面可具玻璃光泽，不透明或微透明。

动物陈列共有展品2757件，并配有生态景观衬托。其中有2只国内首创的雷鸟和雪兔电动生态景观，展现动物体色能随季节变化而变化的适应环境的保护作用。在陈列标本中，有大珠母贝、白鲟、大鲵、扬子鳄、棱皮龟、褐马鸡、东北虎、儒艮、白鳍豚等国家一、二级保护动物，其中有的还是中国特产动物；也有不少外国珍稀动物，如高脚蟹、极乐鸟、鼷鹿、美洲狮、鸸鹋、沙袋鼠等。