該館在豐厚的館藏基礎(chǔ)上建立了一套內(nèi)容完整的基本陳列，包括地球廳、礦物巖石廳、寶石玉廳、史前生物廳等四個部分，面積共2500平方米，另有臨時展覽面積1500平方米。

　　地球廳以動力為主線，介紹了在內(nèi)外動力的作用下，地球上發(fā)生的重要地質(zhì)作用。東展線介紹內(nèi)動力地質(zhì)作用，以板塊運(yùn)動、褶皺斷裂、火山、地震等地質(zhì)作用為重點，西展線以外動力地質(zhì)作用為主，主要介紹了水和風(fēng)的地質(zhì)作用。相對來說，內(nèi)動力地質(zhì)作用更加宏觀壯麗，它們主要是使地殼上升、增厚，形成許多巨大雄傳的高山峻嶺，而外動力地質(zhì)作用則比較和緩，好像一把刻刀，雕刻出各種壯美的山川地貌。

　　礦物巖石廳采用雅俗共存、動靜結(jié)合、虛實呼應(yīng)、寓教于樂的設(shè)計方式，使觀眾通過參與、欣賞展廳的展品，可了解自然界中礦物巖石的成因，原始產(chǎn)出情況、自然界種類繁多千資百態(tài)的礦物巖石、代表性礦物巖石的感官特征及可供人們使用的特性。觀眾在欣賞各種精美奇特的礦物巖石展品時，通過交互式展覽和虛擬展出部分，可參與對一些礦物巖石展品的探索性操作，獲得相關(guān)知識。

　　史前生物廳，以生物進(jìn)化過程中發(fā)生的重大事件為線索，向觀眾介紹生物的發(fā)展廳程和各地質(zhì)時期常見的化石，展示地球上生物的發(fā)生、進(jìn)化和滅亡的過程。

　　從空間布局上，整個展廳可以分為兩大部分。

　　第一部分是小序廳，包括了一面藝術(shù)化的化石精品墻、一個可以互動操作的多媒體展具——簡明生物分類查詢系統(tǒng)，及一些有關(guān)化石的基本常識介紹。

　　第二部分是該展廳的主要陳列內(nèi)容，共分為八個單元。第一單元——最早期的生命；第二單元——生物大爆發(fā)；第三單元——海生無脊椎動物時代；第四單元——脊椎動物的出現(xiàn)；第五單元——生物登陸；第六單元——生物大絕滅；第七單元——恐龍與鳥類；第八單元——哺乳動物與人類；

　　此外，在該展廳的南過道，還陳列了魚龍、中國安琪龍、翼龍化石的模型各一件，以及一件觀眾可以觸摸的長達(dá)5米的大型魚龍化石、一個演示化石是如何形成的多媒體展具。

　　該館常年開放獨具特色的陳列展覽，長期開展豐富多彩的科普活動，24年來不間斷出版《地球》雜志，每年舉辦全國青少年地學(xué)夏令營，先后被命名為“北京市優(yōu)秀愛國主義教育基地”、“北京市科普教育基地”、“全國科普教育基地”、“全國青年科技創(chuàng)新示范基地”、“全國青少年科技教育基地”。