Sale del Paleozoico e Mesozoico
Nella prima sala sono esposti i fossili provenienti dai blocchi calcarei del Permiano della valle del Sosio, l'ultimo periodo del Paleozoico (tra 300 e 250 milioni di anni fa). Sono fossili di animali tipici della barriera corallina, come i brachiopodi Richthofenia, Rhynchonella e Spirifer, spugne ed alghe calcaree, rinvenuti in alcuni blocchi insieme a fossili di animali tipici di ambiente pelagico (cioè di mare aperto) come ammonoidi e conodonti.
La visita prosegue nella sala dedicata alle associazioni fossili marine del Mesozoico che, in Sicilia, sono ben rappresentate grazie alla prolungata sedimentazione marina. Nelle prime vetrine di questa sala sono esposti molluschi, tra i quali gasteropodi e lamellibranchi e, in particolare, varie specie del genere Megalodon, caratteristici abitanti delle lagune poste nelle piattaforme carbonatiche del Triassico. 
Proseguendo, vi sono i fossili del Giurassico, periodo di espansione e approfondimento dei bacini sedimentari marini, con la massima diffusione di invertebrati marini come ammoniti e belemniti, cefalopodi simili alle odierne seppie. Numerosi esemplari di ammoniti triassici e giurassici dimostrano la rapida evoluzione di questo gruppo durante il Mesozoico. Tra gli altri, sono esposti alcuni esemplari appartenenti a generi esclusivi dell'oceano Tetide, dominio paleogeaografico nel quale si sono deposte le rocce della Sicilia.
Anche il periodo Cretacico è rappresentato da rocce e fossili di ambienti marini dell’oceano Tetide come le Rudiste (lamellibranchi con valve disuguali) e i variegati generi di gasteropodi. Il diorama di questa sala rappresenta il diversificato ambiente della barriera corallina che esisteva in Sicilia nel Cretacico. 

Sala del Cenozoico 
I coralli di Isnello (montagne delle Madonie) rappresentano un’istantanea dell’ambiente marino nel Mediterraneo centrale all’inizio dell'Era Cenozoica, ancora caratterizzato da un’alta biodiversità e la presenza di barriere coralline.
Durante il Cenozoico compaiono i primi cetacei e tra questi spicca sicuramente l’olotipo del Neosqualodon gemmellaroi, una specie finora riconosciuta solo nell'area mediterranea. La forma e la struttura dei suoi denti suggeriscono una dieta a base di cefalopodi. 
Nella parte centrale del grande salone, si può ammirare la ricostruzione della bocca di Otodus megalodon, un gigantesco squalo i cui denti sono stati rinvenuti nei depositi del Miocene in Sicilia. Insieme ad esso è possibile osservare alcuni resti di pesci di tipo tropicale, particolarmente abbondanti e comuni all’inizio del Cenozoico.

Sala dei cristalli
Questa sala illustra un evento particolare nella storia geologica della Sicilia, accaduto circa 6 milioni di anni fa, quando i collegamenti tra l'Atlantico e il Mediterraneo furono interrotti e quest’ultimo fu trasformato in un enorme lago salato. L’interruzione della connessione con l’Atlantico provocò l’evaporazione delle acque e la deposizione di minerali e Sali evaporitici.
È questo impressionante fenomeno che ha causato  l’accumulo di spessi strati di rocce evaporitiche, quali calcare, gesso, salgemma e sali di potassio, che hanno dato origine a una successione di rocce nota in Sicilia come "Serie gessoso-solfifera".
Nelle teche di questa sala sono esposti splendidi esempi di cristalli e rocce collegate a questo evento (tra cui calcite, aragonite, celestina, gesso, salgemma e zolfo, provenienti dalle miniere siciliane). Tra tutti, spicca un cristallo di gesso, contenente una goccia d'acqua dell'antico Mar Mediterraneo di circa 6 milioni di anni fa.
Questa sala testimonia la potente influenza della storia geologica di una regione sulle attività economiche della popolazione locale, considerando quanto importanti sono state le risorse estrattive della Serie gessoso-solfifera per la Sicilia del XIX secolo e dell’inizio del XX secolo. Una raccolta di attrezzature dell’Ente Minerario Siciliano, utilizzate un tempo nelle miniere dell’Isola, arricchisce l’esposizione di questa sala.
 

Sala dell’Uomo
La sala è dedicata alla testimonianza della prima presenza dell'uomo in Sicilia; il fossile più importante è rappresentato da "Thea", uno scheletro ben conservato e quasi completo appartenente a una giovane femmina che visse nel Paleolitico superiore (circa 14.500 anni fa). Thea era alta 1,64 m e morì all'età di circa 34 anni; possedeva uno scheletro forte e un teschio allungato. Il nome Thea deriva dalla località in cui è stata rinvenuta, la "Grotta di San Teodoro", nei pressi di Acquedolci (Messina). La grotta ha restituito i resti di 7 individui (3 femmine e 4 maschi), che presentano tracce di sepoltura.
Nella sala si può osservare la ricostruzione del volto di Thea, realizzata grazie ai protocolli di antropologia forense, e la ricostruzione più recente del suo aspetto, inquadrando il codice QR con l’apposito dispositivo elettronico. Nella sala è presente anche un diorama a grandezza naturale che raffigura una scena di vita quotidiana delle popolazioni paleolitiche.
In un recente concorso bandito dalla Società Paleontologica Italiana, Thea è stata votata dal pubblico come il più bel fossile siciliano.

Sala degli elefanti 
Questa sala è dedicata alle faune continentali che hanno popolato la Sicilia a partire del Pleistocene inferiore con l’eccezionale fauna rinvenuta a Monte Pellegrino. Il Pleistocene medio superiore è rappresentato da resti fossili di elefanti, una peculiarità di questo periodo, soprattutto per la presenza di specie di dimensioni ridotte (i cosiddetti elefanti nani). 
Oltre alla ricostruzione della filogenesi dei proboscidati, nella sala mostra sono esposti resti fossili di elefanti di varie dimensioni, dal potente Palaeoloxodon antiquus al nano Palaeoloxodon falconeri (alto circa 90 cm); al centro della sala spicca uno scheletro completo di Palaeoloxodon mnaidriensis. Un calco encefalico in travertino di Palaeoloxodon falconeri rappresenta un oggetto unico ed eccezionale. 
Di particolare interesse sono pure una tartaruga gigante con le sue uova (Geochelone sp. Testudininei indet.), e una lontra esclusiva della Sicilia (Lutra trinacriae); completano l’esposizione resti di ippopotami, cervi, buoi, bisonti, orsi, lupi, iene, leoni, tutti vissuti in Sicilia durante il Pleistocene medio-superiore. I codici QR, inquadrati tramite dispositivo elettronico dedicato, permettono di ricostruire l’aspetto delle due specie di elefanti nani della Sicilia.  

La sala dei “Marmi di Sicilia”
La sala espone campioni della collezione di “pietre” utilizzate per la costruzione e decorazione di importanti edifici storici siciliani, come i monumenti dell’itinerario Arabo-Normanno, dichiarato Patrimonio UNESCO, e di alcune delle chiese del periodo Barocco di Palermo. Queste rocce, estratte da formazioni geologiche risalenti all’Era Mesozoica e, in alcuni casi al Cenozoico, provengono da cave ormai esaurite, rendendo la collezione unica nel panorama museale. Questa sala fornisce la testimonianza di come la natura geologica di una regione influenza il patrimonio culturale ed artistico locale, fornendo la materia prima utilizzata negli edifici di valore storico.