南京古生物博物馆（中国科学院南京地质古生物研究所）的建设旨在展示化石的奥秘和古生物的多样性，再现生物进化及其与环境协同演化的历史，揭示生物进化过程中的重大事件，显示中国古生物学的重大发现和研究成果，同时启发和增进公众对自然历史和生命进化的兴趣和认识。
一、教育基地
南京古生物博物馆是一个集展览、收藏、研究和教育于一体的现代化博物馆。博物馆展览将兼有科学性、知识性、观赏性和趣味性，吸引国内外同行和观众，成为一个引人入胜的科学旅游景点和广大青少年喜爱的科普教育基地。
二、研究成果
中国科学院南京地质古生物研究所经过几代古生物学家的艰苦努力和卓越贡献，涌现了以澄江动物群研究为代表的一大批具有世界先进水平的研究成果，积累了非常丰富的古生物化石。原有的小型古生物陈列室已远不能反映当前古生物学研究的成果，也无法全面系统地展示地球演变过程中的生命进化史。而南京乃至江苏长期以来也一直缺乏有关生命进化的自然科学类的博物馆。因此，中国古生物学事业需要一个平台来展示古生物学研究的最新成果，全面系统地宣传生命进化的自然科学知识，社会也需要从古生物学中吸取丰富的有关生命进化的自然科学营养。
三、博物馆建设
上世纪末启动的中国科学院知识创新工程提出了创新文化的重要内容。作为创新文化重要组成部分的博物馆建设成为了院所一致的认识。中国科学院和江苏省政府分别拨款3500万和1000万，为博物馆建设提供了经费保证。
1998年3月，江苏省与中科院领导在院、省合作会谈中，确定中科院和江苏省合作共建南京古生物博物馆。2002年5月博物馆土建开工，2004年4月通过博物馆建安工程的验收。
2004年5月启动博物馆布展的设计，招标和施工，并于2004年10月1日对外开放一期工程“澄江动物群特展”，2005年12月底对外开放二期工程“生命进化史展览”。
总建筑面积8500平方米，其中展览区面积近4200平方米。
四、展览特色
（一）、生物进化史主题展
1）门厅：大型生命进化浮雕，大型地球仪，“进化中的生命、演变中的地球”主题展台。另包括博物馆简介，展览内容布局和参观路线示意图，总服务台。
2）上山之路：展示南京地区震旦系-侏罗系地层的仿真岩层剖面（镶有许多南京地区的化石）。
3）化石奥秘：介绍化石定义、化石类型、化石形成、化石作用和达尔文进化论的展墙，大型展台和相间分布的动植物化石以及一些大型古生物化石的展示。
4）前寒武纪：地球在太阳系中的位置展墙，早期地球环境展墙，生命的起源和早期演化油画展墙和展台，早期火山喷发展墙，最古老岩石展墙和最古老岩石和化石展品，生物的五界分类展墙，瓮安生物群展墙和展台，埃迪卡拉动物群展墙和展台。
5）古生代：各纪古地理展墙，梅树村动物群展墙，澄江动物群景观橱窗，寒武纪大爆发展墙，寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪展墙和展台。
6）中生代：三叠纪、侏罗纪和白垩纪展墙和展台，菊石时代展墙和展台，爬行动物和恐龙时代展墙，白垩纪末恐龙绝灭事件展墙。
7）新生代：古近纪、新近纪、第四纪和第四纪气候展墙、展台以及大型绘画和大型骨架化石。
（二）、生命进化专题展
1）澄江动物群特展厅：包括主题墙：澄江动物群-揭示寒武纪大爆发的独特窗口，澄江动物群大型地层剖面，澄江动物群景观复原图：寒武纪早期海洋生物世界，奇虾Anormalocaris等模型，海底景观隧道，反映澄江动物群生态的三维动画，放大镜展墙，复原图展墙，化石照片展墙等。展出澄江动物群代表性化石：12个大类，80多个种，约240块标本。
2）恐龙天地：大型岩石地台，知识展台，恐龙景观箱，侏罗纪和白垩纪恐龙生态模拟岩石，展台。展示了以马门溪龙，沱江龙、禄丰龙和翼龙构成的群体造型。
3）微观世界：直径6m仿颗石藻的圆形展厅，内设显微镜四台、投影仪一台。
4）菊石展台，展示震旦纪到第四纪的代表性化石。
5）无脊椎动物化石大观展墙，展示十一个门类的化石。
6）二叠纪末的生物大灭绝：模型景观、大型喷绘画与展台、展墙。
7）恐龙时代的海洋（关岭生物群）：大型模型景观，展台。
8）海百合化石幕墙，展示28块大型海百合化石。
9）热河生物群：展墙、展台、大型绘画、大型模型景观窗。展示以东方叶肢介-狼鳍鱼-三尾拟蜉蝣为代表的热河生物群以及中华龙鸟，孔子鸟，孔子鸟，尾羽鸟，娇小辽西鸟等
10）鸟类的起源和早期演化：模型景观和展台。
11）山旺生物群：岩石展台和图文展台。
12）南京直立人：大型溶洞（汤山猿人洞），展板。南京直立人头骨模型和其它古人类头骨复原模型以及与南京直立人共生的展示，南京直立人在人类演化历史上的地位等。
13）南京地史演变：展示南京地区地层表和南京地区数字地质图的展墙，大型南京地形模型。