El Museo está dedicado a la conservación, investigación, exhibición y difusión de colecciones de fósiles. La muestra constituye una síntesis de la historia de la vida con materiales y fósiles de yacimientos paleontológicos de Argentina y de otras partes del mundo, correspondientes a la Eras Paleozoica, Mesozoica y Cenozoica. 

Tiene una colección de fósiles compuesta por 100 000 piezas, dividida en diversas áreas temáticas: invertebrados y vertebrados de alto valor para la investigación y la exhibición, Se destacan en el Museo fósiles de diversos tipos de dinosaurios argentinos. Uno de ellos, llamativo por su gran tamaño (13 metros montado), proviene de la Provincia de Chubut y es el dinosaurio Epachthosaurus sciuttoi, perteneciente al famoso grupo de dinosaurios cuadrúpedos de cuello largo, los saurópodos.