陜西自然博物館設有地質萬象館、生命之光館、古生物館展廳、昆蟲王國展廳、神奇秦嶺展廳、珍奇世界動物展廳等展廳。詳見正文。

1.地質萬象展廳介紹：地質萬象展廳以展板和影像資料的形式介紹宇宙的形成和地球的誕生、板塊漂移和地質運動。通過沙盤、礦物標本和油氣開采微型模型，詳細展示了陜西省的地理生態環境、各類礦產資源及其應用、油氣集輸等情況。

2.生命之光展廳介紹：生命之光展廳主要展示人類知識和生命科學。通過高度仿真的硅膠人體模型、內臟手術臺、機器人醫生、尖端生物技術影像資料等展覽項目，介紹人體構造和保健知識，啟發孩子人探索生命科學的奧秘。

3.古生物館展廳介紹：古生物館展廳通過億萬年前的化石標本、骨骼模型、栩栩如生的半觀壁畫，帶領人們追溯生命起源，體驗從地球上第一個單細胞生命誕生到人類出現的奇妙歷程。

4.昆蟲王國展廳介紹：昆蟲王國展廳展示了世界各地的珍稀昆蟲標本、美麗的蝴蝶蛾、奇特的甲蟲，還有有趣的互動游戲，寓教于樂，介紹了關于昆蟲<愛尬聊_尬聊百科>的科學知識和趣聞。

5.神奇秦嶺展廳介紹：神奇秦嶺展廳真實再現了秦嶺野生生活的場景，“六寶”大熊貓、朱鹮、金絲猴、羚牛、林麝、金錢豹及伴生動物。還有大量華南虎、黑熊、禿鷲等珍稀動物標本，以及三葉草、紅豆杉、銀杏等珍貴植物標本。結合沙盤模型和視頻設備，介紹了陜西自然保護區的成就和現狀。

6.珍愛世界動物展廳簡介：珍愛世界動物展廳主要展示由國際慈善家肯尼尤金白令捐贈的136件珍稀野生動物標本。通過主題展區、非洲區、美洲區、極地區、大西洋區、宇宙星球展區，真實再現野生動物生活場景。

7.煤海之光展廳介紹：煤海之光展廳是全省唯一一個以煤炭的形成、勘探、開采、利用和生態保護為主題的展廳。它由五個部分組成：自然禮物，探索寶藏，采煤造福世界，啟迪未來，利用自然。

8.白令自然博物館介紹：白令自然博物館主要展示國際慈善家肯尼尤金白令捐贈的珍稀野生動物標本。通過亞歐展區、非洲展區、美洲展區、澳大利亞展區、極地展區，再現野生動物及其環境的生活場景。希望大家在這里認識世界，開闊視野，提高修養，熱愛自然。

9.亞歐展區介紹：亞歐展區展示成群出生的鹿。大鹿小群體聚集，小鹿大群體聚集，這是對它們生活方式的微妙概括。此外，松鼠、麂、狍子都生活在這里。

10.非洲介紹展區：展出的有各種牛、跳羚種群、沙漠、草原，動物及其生存環境在這里完美呈現，讓人身臨其境。