按照生物的演化序列，中国古动物馆分为两馆（古脊椎动物馆和树华古人类馆）、四个展厅（古鱼形动物和古两栖动物展厅、古爬行动物和古鸟类展厅、古哺乳动物展厅、古人类与旧石器展厅），并包括东厅、贵宾厅等特展厅。依托研究所近百年收藏的20余万件标本，展出了从中精选的有代表性的藏品900余件。展品之精美、种类之齐全，堪称亚洲第一、中国之最。这里陈列着自5亿多年前的寒武纪至距今1万年前的地层中产出的史前各门类古生物化石和旧石器标本及模型，包括无颌类和有颌类鱼形动物、两栖动物、爬行动物、鸟类、哺乳动物和古人类化石及旧石器等，全面展现了史前动物和古人类的自然遗存及其生命演化的宏伟历程。

　　中国古动物馆展出的珍贵展品有来自非洲的特殊礼物“活化石”拉蒂迈鱼、亚洲最大的恐龙马门溪龙、被称为“中国第一龙”的许氏禄丰龙、被编入我国小学课本的古动物黄河象骨架，以及神秘的“北京猿人”头盖骨丢失前复制的仿真模型等。最近馆内又增添了长有羽毛的恐龙、世界最早具有角质喙的古鸟类、世界首枚翼龙胚胎、中生代能吃恐龙的哺乳动物等在世界上引起轰动的珍稀标本。通过我们丰富的展品和故事，以及集科学性、互动性和娱乐性为一体的多种多媒体电子游戏设备，观众可以在游乐的同时全面、系统地了解史前生命演化的知识。 

　　5月16日举办“王者之路”虎年话虎特展

　　中国古动物馆依托亚洲最大的古生物化石收藏机构——中国科学院古脊椎动物与古人类研究所，精挑细选极具代表性的虎化石精品和现生猫科动物的精美头骨作为展品，其中包括迄今发现最早的虎化石、老虎的祖先——古中华虎头骨化石等。

　　此外，本展联合国外知名博物馆和化石收藏机构，拟展出一批北美地区的剑齿虎化石，与中国的剑齿虎进行一次“中西剑齿虎的史前对话”。这次史前对话将为观众重现几百万年前的“剑齿王朝”。此次引进的化石还包括中国遗失到西方的珍贵标本，它们也将重返故土。

　　展出期间将邀请中国科学院邱占祥院士、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所副研究员、标本馆馆长刘金毅等著名专家做关于“虎”的精彩科普讲座，解答观众有关“虎”的疑惑。另外，将邀请动物保护方面的专家做虎保护的专题报告。