馆藏展品主要以矿物标本和古生物化石为主。9个矿物标本展厅内,收藏有世界各地的珍奇标本上万件。2006年被欧洲《矿物宝石标本》杂志评为年度十佳的新疆碧玺,它集天地精华于一体,流光溢彩,为世界一绝;产于新疆奇台的硅化木长达38米,堪称世界之最;产于中国水晶之乡——江苏东海的重3.9吨的水晶单晶体为亚洲之最;重达338.
6克拉的金刚石,是我国有文字记载以来产出的最大的特大金刚石,比号称中国之最的“常林钻石”(重158.78克拉)重179.82克拉,呈金刚光泽,宝光熠熠;在世界上最大的石膏标本展厅内,各种透明石膏晶莹剔透,琳琅满目;进入世界上最大的钟乳石展厅,就宛若走进了梦幻世界,令人遐想无限。
在5个“贵州关岭生物群”展厅中,产于三叠纪地层的各种鱼龙、贵州龙、楯齿龙、海龙、海百合等化石标本近万件,从长达18米的大鱼龙到不足半米的小鱼龙应有尽有,显示了三叠纪时代生物的多样性和复杂性。
天宇自然博物馆为AAAA级景点