자연사박물관은 자연사관, 문예역사관으로 이루어져 있다. 자연사관은 중앙홀, 지질관 등 7개 전시실에 지구 46억년의 자연사를 고스란히 보여주고 있으며, 특히 세계에서 단 2점 뿐인 공룡화석 프레노케랍토스와 전남 신안군 압해도에서 발굴해서 복원한 세계적 규모의 육식공룡알 둥지 화석이 전시되어 있으며 공룡모형, 화석, 식물, 곤충, 조류, 어류 표본등 국내 최대 규모로 총 4만여점의 방대한 자료를 소장, 전시하고 있다.

지상 2층, 천 773평 규모의 46억년 지구의 역사를 이해할 수 있는 운석, 광물, 화석, 조포유류박제, 곤총, 식물 및 어류 표본 등 5만여점을 소장 전시하고 있다.
또한 지역적 특성을 살린 자연생태 표본 연출과 관람객들이 직접 만지고 느낄 수 있는 체험코너도 마련되어 있다.

현재 박물관 곳곳에 실감컨텐츠 기술이 적용되어 박물관 로비에서는 다양한 생명체와 관람객이 공존하는 증강현실(AR) 사진관이 설치된 포토존과 함께
중앙홀 벽면에는 미디어파사드 공연도 함께 살펴볼 수 있으며 2층의 육상생명관은 생명의 나무 아래에 동물과 식물, 곤충과 목포 유달산에서 자라는 희긔식물인
지네발란을 비롯한 왕귀나무, 자란등이 조화롭게 전시 연줄되어 있다.

박물관 한쪽에는 생태풀이 조성되어 있어 다양한 수상생물이 살고 있는 연못 생태계를 거닐며 상호 교감하는 박물관 탐험 컨텐츠와
박물관의 주요 지점에서 각종 전시물과 관람객이 교감하는 체험형 AR서비스도 함께 즐겨볼 수 있다.


[4D 입체상영관]
사실적인 입체감, 웅장한 입체사운드 등 3D입체영상에 물, 바람, 진동 등의 특수효과가 함께하는 다이나믹한 생동감을 느낄 수 있는


- 육식공룡알 둥지화석 (천연기념물 제535호)

전남 압해도에서 발굴하여 복원한 세계적 규모의 육식공룡알 둥지화석이 전시되어 있다. 국내에서 발굴된 것 중 최대 규모의 화석으로 2009년부터 2년여간 걸쳐 정밀 자체 복원작업을 통해 크기가 41 ~ 43cm에 이르는 국내 최대 크기의 육식공룡 알 19개가 포함된 직경 230cm 무게 3톤에 이른다.
※ 자연사박물관 입장권 1장으로 자연사박물관, 문예역사관, 생활도자박물관 전체 관람 가능