Das Museum ist der öffentlich zugängliche Teil der Bayerischen Staatssammlung für Paläontologie und Geologie. Es widmet sich der Entwicklungsgeschichte der Erde und des Lebens und zeigt Fossilien von Tieren und Pflanzen aus allen Epochen der Erdgeschichte.
Jeden ersten Sonntag im Monat von 10:00 bis 16:00 Uhr, in der Regel mit:
Im Erdgeschoß des Lichthofs präsentiert das Paläontologische Museum bedeutende Großfossilien aus aller Welt. Sie stehen beispielhaft für die Evolution der Lebewesen während der Erdgeschichte und die Besiedelung vielfältiger Lebensräume. Skelette und Schädel stammen unter anderem vom größten bayerischen Dinosaurier Plateosaurus und dem langbeinigen Scheinkrokodil Prestosuchus aus der Trias. Aus dem Zeitalter des Jura kommen der lebendgebärende Fischsaurier Stenopterygius und das Meereskrokodil Steneosaurus sowie der fleischfressende Dinosaurier Allosaurus. Der Riesenflugsaurier Pteranodon und die pflanzenfressenden Dinosaurier Triceratops und Centrosaurus lebten während der Kreide-Zeit. Während der letzten Eiszeit im Pleistozän waren der Riesenhirsch Megaloceros und der Höhlenbären Ursus spelaeus Zeitgenossen. Den Mittelpunkt im Lichthof bildet der majestätische Mühldorfer Urelefant Gomphotherium aus dem Neogen. Die größten unter den ausgestellten Baumstämmen sind der fünf Meter hohe Stamm der Wasserfichte Glyptostrobus und die Stammscheibe des Mammutbaums Sequoia mit zwei Metern Durchmesser und 250 Jahresringen.
Die Dauerausstellungen im ersten und zweiten Stock dokumentieren verschiedenen Aspekte der Evolution, wie z.B. den „Urvogel Archaeopteryx“, sowie eine Chronologie aller Erdzeitalter und ihrer kennzeichnenden Lebensformen unter dem Titel „Vom Stromatolith zum Hamster“.