陕西自然博物馆设有地质万象馆、生命之光馆、古生物馆展厅、昆虫王国展厅、神奇秦岭展厅、珍奇世界动物展厅等展厅。详见正文。

1.地质万象展厅介绍：地质万象展厅以展板和影像资料的形式介绍宇宙的形成和地球的诞生、板块漂移和地质运动。通过沙盘、矿物标本和油气开采微型模型，详细展示了陕西省的地理生态环境、各类矿产资源及其应用、油气集输等情况。

2.生命之光展厅介绍：生命之光展厅主要展示人类知识和生命科学。通过高度仿真的硅胶人体模型、内脏手术台、机器人医生、尖端生物技术影像资料等展览项目，介绍人体构造和保健知识，启发孩子人探索生命科学的奥秘。

3.古生物馆展厅介绍：古生物馆展厅通过亿万年前的化石标本、骨骼模型、栩栩如生的半观壁画，带领人们追溯生命起源，体验从地球上第一个单细胞生命诞生到人类出现的奇妙历程。

4.昆虫王国展厅介绍：昆虫王国展厅展示了世界各地的珍稀昆虫标本、美丽的蝴蝶蛾、奇特的甲虫，还有有趣的互动游戏，寓教于乐，介绍了关于昆虫的科学知识和趣闻。

5.神奇秦岭展厅介绍：神奇秦岭展厅真实再现了秦岭野生生活的场景，“六宝”大熊猫、朱鹮、金丝猴、羚牛、林麝、金钱豹及伴生动物。还有大量华南虎、黑熊、秃鹫等珍稀动物标本，以及三叶草、红豆杉、银杏等珍贵植物标本。结合沙盘模型和视频设备，介绍了陕西自然保护区的成就和现状。

6.珍爱世界动物展厅简介：珍爱世界动物展厅主要展示由国际慈善家肯尼尤金白令捐赠的136件珍稀野生动物标本。通过主题展区、非洲区、美洲区、极地区、大西洋区、宇宙星球展区，真实再现野生动物生活场景。

7.煤海之光展厅介绍：煤海之光展厅是全省唯一一个以煤炭的形成、勘探、开采、利用和生态保护为主题的展厅。它由五个部分组成：自然礼物，探索宝藏，采煤造福世界，启迪未来，利用自然。

8.白令自然博物馆介绍：白令自然博物馆主要展示国际慈善家肯尼尤金白令捐赠的珍稀野生动物标本。通过亚欧展区、非洲展区、美洲展区、澳大利亚展区、极地展区，再现野生动物及其环境的生活场景。希望大家在这里认识世界，开阔视野，提高修养，热爱自然。

9.亚欧展区介绍：亚欧展区展示成群出生的鹿。大鹿小群体聚集，小鹿大群体聚集，这是对它们生活方式的微妙概括。此外，松鼠、麂、狍子都生活在这里。

10.非洲介绍展区：展出的有各种牛、跳羚种群、沙漠、草原，动物及其生存环境在这里完美呈现，让人身临其境。