北京自然博物馆是新中国依靠自己的力量筹建的第一座大型自然历史博物馆，2009年被国家文物局评定为国家一级博物馆。
特色展品
北京自然博物馆现有四个大型基本陈列：古生物陈列(古爬行动物厅、古哺乳动物厅、生物起源和早期演化厅、无脊椎动物的繁荣厅)、植物陈列(绿色家园厅)、动物陈列(动物―人类的朋友厅，动物的奥秘厅)、人类陈列(人之由来厅)、海洋陈列(水生生物馆)、神奇的非洲――贝林捐赠世界动物标本展”这六个陈列构筑起一个地球上生命发生发展的全景图，并以生物进化为主线，以生物多样性为主要展示内容，向观众普及生命科学知识。
馆内还设有几个专题展馆，如“人体真奇妙”、“恐龙世界”等，以及根据青少年心理特点新开辟的互动式探索自然奥秘的科普教育活动场所――探索角。同时，本馆每年都会推出若干个临时性展览各种临时性专题展览，影响较大的包括“优生优育”、“人与生物圈”、“香港自然风光”、“人体真奇妙”以及连续12年推出的“动物生肖”展览等，其中青春期教育展览“男孩女孩”展览被北京市精神文明建设委员会评为“首都精神文明建设最佳活动”奖和“首都精神文明建设最佳活动创意”奖。博物馆常年还保持1―2个优秀展览在全国各地巡回展出。
水生生物馆
馆内还展示了《鱼类进化串说》、《海洋分层生态》、《中国陆地水系鱼类资源》等高知识含量图版，特别是20多米长的中英文对照《万古海洋生物长卷》巨幅全景画，以连续场景表现了寒武纪，奥陶纪，泥盆纪，石炭纪，三叠纪，侏罗纪，白垩纪等11个地质年代的标志性海洋生物，并介绍了其起止地质年代和关键特征，一目了然地向游客介绍了6亿年海洋生物的进化历程。
标本展
“神奇的非洲――贝林捐赠世界动物标本展”以美国肯尼斯贝林先生捐赠的世界各地的珍贵动物标本为基础。
早期演化展厅
动物展厅
人类的朋友展厅
动物基本陈列包括：序(生物多样性)、无脊椎动物、鱼类、两栖动物、保护动物、昆虫世界等6个主题单元。
昆虫世界昆虫在分类上属于动物界、节肢动物门、昆虫纲，是动物界中最庞大的一个类群。全世界已知昆虫100多万种，它们的分布极为广泛，种群数量十分惊人。昆虫在漫长的进化过程中形成了独特的形态结构和生活习性，它们是生物多样性中重要的组成部分，构成了自然生态系统中不可或缺的一环，在自然界中起着重要的作用，与人类的关系极为密切。《昆虫世界》从“什么是昆虫”、“昆虫与环境”、“昆虫的特化”、“昆虫的一生”、“昆虫的行为”、“昆虫与人类”几个方面展现了多彩多姿的昆虫世界。
动物之美展厅
古爬行动物厅
古爬行动物厅向观众展示了生物界两亿多年前的景观，并以总鳍鱼、鱼石螈、蚓螈和异齿龙为代表，演示了脊椎动物从水域向陆地发展的复杂过程。大厅中央展示了栩栩如生的恐龙骨架群，如中国人发现的第一条恐龙――许氏禄丰龙，体长达26米的井研马门溪龙，称王称霸的霸王龙，小巧玲珑的恐爪龙，背上布满剑板的沱江龙，威风凛凛的永川龙，展翅翱翔的翼龙，称霸海洋的鱼龙。多媒体电脑可以让观众欣赏到恐龙的原始埋藏状态，并通过“化石搜寻器”来体味古生物学家挖掘恐龙化石的艰辛和乐趣，从模拟地层演示中体会到地球沧海变良田式的重大地质变化过程......
古哺乳动物厅
哺乳动物是由拟哺乳动物演化而来的。由于其特有的恒温优势以及中生代湿暖潮湿的气候条件，哺乳动物得以复苏和大发展。该展厅馆分别详细介绍了长鼻类、奇蹄类、偶蹄类、食肉类、灵长类和被子植物的演化历程以及著名的山旺生物群。在展厅中，观众可以看到阶齿兽的复原图和骨骼标本，它是恐龙绝灭后地球上同期最大的哺乳动物;可以欣赏到庞大的象类家族，包括赫赫有名的高4米长8米的黄河象和铲齿象。观众还可以欣赏到一件十分引人注目的标本：目前最早的被子植物化石――世界上第一朵花辽宁古果。
恐龙公园厅
植物世界厅
探索角
“探索角”是北京自然博物馆吸收国外一些博物馆的先进经验建立的青少年活动场所，宗旨是打破博物馆的传统式展示，变被动的灌输为主动的探索。在这里，各项活动都鼓励观众参与，充分发挥他们的主观能动性，因为心理学研究表明，多种感官的共同协作往往比单独的视觉或听觉得到的信息记忆更深刻。
“探索角”分为几大活动区，都向观众免费开放。在“报告阅读区”里，观众可以自由阅读科普书籍，还可以尽情上网检索自己感兴趣的信息。“儿童区”主要针对3-7岁的小朋友，他们在这可以充分发挥自己的想象，画出他们在自然博物馆中的所见所闻。在“试验活动”区里定期组织专题实验;观众还可以利用显微镜自由观察微观世界。此外，“探索角”提供了各种生物学模型供观众自行拼装，还展示着美轮美奂的动物标本与知识牌，更为整个“探索角”增添了无穷乐趣。在这里，注重的是培养孩子们的科学兴趣、科学思维和探索精神，让他们在轻松、快乐中掌握知识、发现问题和培养兴趣。
动物的奥秘厅
《动物的奥秘》基本陈列是一个崭新的精品展览，展览内容精练、准确，讲究学术性，展品制作精益求精，具有可视性、娱乐性、可参与性、知识性、科学性、思想性以及可持续发展性和时代感。《动物的奥秘》基本陈列展示内容新颖、功能完善、面貌一新，具体体现在展示内容和展示方式上，许多内容都体现了设计者的创新手法，在艺术形式上也有新的突破，采用了后现代语言和波谱式手法，给内容主题更好的烘托，使科学和艺术达到完美的结合，给观众以美的享受。
《动物的奥秘》完全摈弃了过去沿袭动物分类模式的作法，而是抓住了动物在形态、生理和行为等方面对生存环境的巧妙适应，从而成功地展现了动物生存和繁衍的主题，通过培养观众对动物奥秘的探求的浓厚兴趣，达到提高保护动物的自觉意识、进行素质教育的目的。