博物館設有“地質環境”“礦產資源”“龍行川渝”“恐龍探秘”“生命探源”“繽紛生命”6個常設展廳和2個臨時展廳，以及學術報告廳、4D影院、環幕影院、研學中心等配套展教設施。

　　一樓有地質環境和礦產資源兩個常設展廳，地質環境廳主要展示宇宙與地球的形成、四川盆地和成都平原的形成等內容。礦產資源廳內展示礦產、礦物、寶玉石等自然資源的種類和特征，展廳中，顏色和形狀各異的礦石在燈光下閃爍著史前神秘的光澤。

　　二樓的龍行川渝廳有每位游客必前往觀看的合川馬門溪龍，它威猛地站立在廳內，長達24米，真化石含量達80%以上的它，是該館的鎮館之寶之一。在龍行川渝廳、恐龍探秘廳內，游客還將看到幾十具來自全球的恐龍化石，足以大飽眼福。

　　博物館三樓是生命探源廳、繽紛生命廳。在生命探源廳，除了鎮館之寶——大竹重慶魚外，也有如三葉蟲的爬痕、魚糞石、懷孕的魚龍化石、精美的五尖張和獸等小展品。繽紛生命廳則可領略生命的豐富多彩，如亞洲象坎贊。

　　這個展館里還有馬來貘、紅毛猩猩、美洲虎等全球性的珍稀動物。老館曾經的明星娃娃魚則變成了標本趴在新展廳的二層。

　　極其稀罕的“天外來客”——隆昌鐵隕石也是三大“鎮館之寶”之一。

　　除了各種特色展品外，成都自然博物館還上新了許多黑科技。

　　一樓主題展廳有著全國首創全3D浮雕模型融合魔屏技術的四川省地形沙盤，通過沙盤前的AR數字望遠鏡可以看到真實沙盤與虛擬現實疊加而成的成都平原數智模型。

　　此外，博物館內還設有泥石流沙盤投影系統礦產世界流水屏互動系統、場景投影系統等數字化視覺呈現技術。

　　二樓還有一個18米長、8米高的巨幕影廳，站在影廳正中央感受宇宙的起源、生命的進化、太陽系的發展，仿佛置身于時間長河中漫游。