位于南楼东一层入口处，面积480平方米，层高6.6米，此区域是各类参观人员集中分散的场所，空间高大开阔。

序厅进门中间位置摆放的是目前国内最大的天然水晶球，其直径达1.61米，重达5.7吨。右手边是汉白玉浮雕墙，描绘的是地球生命进化简图；左手边是服务台，提供咨询引导服务。

位于北楼东一层，面积约1000平方米，大厅前半部分层高10米，后半部分层高2.6米（包括二层休息区）。地球厅以“地球——生命的摇篮”为主题，突出表现地球形成、构造、演化的过程，进而揭示地球在形成和发展过程中与生命起源和演化之间的相互关系。

大厅进门以一个曲面LED地球（直径达4米，目前国内最大）动态的介绍地球的演化历史，并且四周以展板的形式辅以图片文字说明。

后半部分主要是运用现代化的科技手段，以场景的形式模拟火山喷发、风化运动、冰山运动等地球的内外动力作用，并以多媒体结合图片及文字说明的形式重点介绍了安徽大别山的造山运动和中国实时地震带分布图。

位于北楼西一层，面积约1800平方米，以生命演化为主题，地质时代为主线，采用实体化石标本、模型标本、图文展板、复原场景景观和互动多媒体等展示形式，按生命演化的各个阶段分别介绍地球上的生命起源、发展和演化的进程。

精选的651件化石珍品是本厅的展示亮点（其中蓝天生物群、巢湖鱼龙及带毛恐龙等化石尤其珍贵），不仅选择了各个时代具有代表性的化石，而且在陈展中注意保持主要古生物化石群的完整性。

位于北楼西二层、西三层回廊、西四层回廊，布展面积4326平方米，大厅中央二——四为中空部分，层高近18米。

以“恐龙的世界”为主题，利用现代的空间美学元素将恐龙知识介绍、标本展示、生态景观复原和互动多媒体等有机结合分专题展示恐龙起源、进化、发展、灭绝的历史。二层是恐龙基础知识、大型恐龙骨架和生态复原展区，大厅中央展示了有代表性的9具恐龙骨架；三层是恐龙专题知识展区，设置安徽寻龙、恐龙食性、恐龙生殖、恐龙飞向蓝天、恐龙近亲、恐龙灭绝事件等专题；四层是恐龙互动展区，设置恐龙大合影、恐龙复活大猜想、魔幻小屋、与恐龙赛跑、恐龙小乐队、画出我心中的恐龙等13种互动展项。

矿物岩石厅位于南楼西一层，面积935平方米，层高6米。展厅分为矿物学基本知识展区、常见矿物展区、宝玉石展区、观赏石展区等几个部分。展厅是以“精美的石头”为主体，以矿物岩石学基础知识的介绍为起点，从美学角度出发，让观众欣赏自然界中各种精美的矿物和岩石。

位于南楼西二层，面积约1695平方米，该厅为跃层式分三个展示层面。资源环境厅以“富饶美丽的安徽”为主题，重点围绕安徽省的国土资源和地质环境进行展示，突出展示土地资源、矿产资源、水资源及测绘成果等安徽国土资源情况，以及安徽地质环境包括地质遗迹、地质公园、地质灾害的情况。使用先进的现代化手段建立安徽省矿产、土地等资源的电子演示大沙盘（长约12.5米，宽约9.5米），集中展示安徽省地质、地貌以及矿产等。

位于南北楼之间的公共区域，以断裂的岩层中裸露出的化石为设计理念，简洁的墙面石材装饰和精美的化石标本形成结合。分为地面一层和地下一层，主要功能为休息等候和餐饮休闲。

多功能学术报告厅位于南楼西侧一层，面积529平方米，设置约273个座位，具有学术报告、会议、影院、小型演出等多项功能。

临时展厅位置位于南楼负一层，面积约1780平方米，展厅可根据实际展出需要进行分隔、组合，既可以和国内外同行做展览交流，接纳各类巡展，也可以配合各级政府和组织对社会公众关注的热点、焦点问题做一些专题展览，如各种纪念日的专题科普展览。

另外可根据临时展出的需要，使用室外的临时展区。室外展区作为开放式的、以休闲为主的展区，不仅可营造出古生物博物馆周边特有的环境氛围，并与室内展示内容进行有机的结合和补充。