是中國科學院古脊椎動物與古人類研究所創(chuàng)建的國內唯一以動物化石為載體系統(tǒng)普及地學、古生物學和進化知識的博物館。中心部分“化石展廳”展出化石精品600余件，都是從五十多年來我國從事古脊椎動物學與古人類學的四代科學家采集的20余萬件標本中精選出來的。
中國古動物館的展廳分為三層：第一層為古魚類和古兩棲動物，第二層為古爬行動物和古鳥類，第三層為古哺乳動物。在一、二層相通的天井中安置著若干具恐龍骨骼的化石，使整個展廳顯得內容豐富而不擁擠。中國古動物館是目前亞洲最大的古動物博物館，在全世界也是比較大的古動物博物館之一。