南京古生物標本展覽館是我國從事古生物研究的專門機構，被國際古生物學者譽為世界三大古生物研究中心之一。古生物標本展覽館是該所向公眾開放的一個窗口，目前館內收藏精美化石標本近二十萬件。展覽館位于風景秀麗的玄武湖畔。

展覽館分設兩個展廳，共展出動物和植物兩大生物界五十多個生物門類化石標本1萬多件。其中無脊椎動物化石主要有三葉蟲、筆石、頭足類、珊瑚、腕足類、腹足類、雙殼類、葉肢介、苔幼蟲、層孔蟲、有孔蟲、放射蟲、介形蟲、牙形刺等；脊椎動物化石主要有恐龍、恐龍蛋、鳥類、魚類、野豬、犀牛等；植物化石除了原始的藻類植物之外，還有粗大的喬木和其它植物化石。這些化石，年齡最老的有八億多年，最年輕的也有幾十萬年。

第一展廳的標本以不同地區(qū)、不同生物門類和不同研究領域分專題排列，展出的精美化石有三十多個生物化石門類的標本，有來自"世界屋脊"的珊瑚、腕足類、雙殼類、腹足類、頭足類，有被稱為"二十世紀最驚人發(fā)現(xiàn)之一"的澄江生物化石群的標本，有來自南極的化石和巖石標本。通過這些化石標本的觀察，對認識青藏高原由大洋到"世界屋脊"的演變，加深寒武紀生命大爆發(fā)的理解以及板塊活動等都有很大幫助。

第二展廳的標本按生物出現(xiàn)的先后順序排列，展出震旦紀（距今8億多年）至第四紀各地質時代中的主要生物門類化石約五千多件，這些化石種類繁多，形態(tài)各異。化石中有原始的單細胞生物，也有高等生物化石，有身體巨大的恐龍，也有微米、毫米大小的介形蟲、有孔蟲等微體化石標本。該展廳科普性強，充分展示了地球早期生命從低等到高等的演化過程。

展覽館中還保存有中華鳥龍（帶毛的恐龍）、翼龍和孔子鳥等世界上極為罕見的化石珍品。這些化石標本除有重要的科學意義外，也具有較強的觀賞性。