北京自然博物馆的基本陈列以生物进化为主线，展示了生物多样性以及与环境的关系，构筑起一个地球上生命发生发展的全景图。古生物陈列厅向我们展示了生物的起源和早期的演化进程，透过化石的印痕，人们似乎又看到了已经灭绝的生物。这些生物的遗迹，似乎带领人们穿越时空，聆听来自遥远太古代的声音。而植物陈列厅又似一部绿色的史诗，叙述着植物亿万年的演变。由水生到植物登陆，即使是一朵花的盛开，即使是一粒种子的传播，都蕴藏了无数的奥秘，留给我们无数的疑问。动物陈列厅，则向我们讲述了这些“人类的朋友”身上的奥秘，这里将世界上最具代表性的野生动物及其生态环境还原再现，生动地向我们展示了动物之美，动物界的神奇。人类陈列厅，让我们一睹人类由来的壮阔历史。由猿到人，历经万年，才有今日的容颜。一个人的诞生，看似平淡无奇，却展示了大自然的鬼斧神工。
博物馆的建筑中，最神秘的莫过于“田家炳楼”，这座由香港实业家田家炳先生和北京市政府共同投资兴建的标本楼蕴藏着27万余件馆藏标本。许多标本在国内、国际上都堪称孤品，“来自中国的侏罗纪母亲”中华侏罗兽、完成全身羽毛颜色复原的赫氏近鸟龙、保存在我国的唯一的恐鸟标本等;还包括世界闻名的古黄河象头骨化石、长26米的巨型井研马门溪龙化石、中国唯一的恐龙木乃伊化石、北极熊、犀牛等。为了更好地向公众展示这些珍贵标本，北京自然博物馆的基本陈列以生物进化为主线，展示了生物多样性以及与环境的关系，构筑起一个地球上生命发生发展的全景图。
