Выставка раскрывает особенности геологического прошлого и этапы эволюции органического мира территории, которую занимает в настоящее время Тамбовская область.
Палеонтологическая коллекция комплектовалась на протяжении 120 лет и представлена остатками беспозвоночных и позвоночных животных. Основу геологической коллекции музея составляет коллекция горных пород, слагающих осадочный чехол на территории нашей области, переданная музею профессором А.В. Ереминым.
Отшлифованные керны горных пород, добытые при бурении структурно-картировочных скважин на территории области, а также образцы распространенных в крае песчано-глинистых отложений свидетельствуют о неоднократном существовании морских режимов на территории области в различные геологические эпохи. Об этом свидетельствуют также остатки морских организмов палеозоя, мезозоя и кайнозоя: остатки брахиопод, двустворчатых моллюсков, окаменевшие кораллы, губки, зубы древних акул, позвонки морских пресмыкающихся.
Остатки позвоночных животных ледникового периода позволяют восстановить фауну нашего региона в четвертичный период. Экспонируются фрагменты скелетов трогонтериевого слона, мамонта, шерстистого носорога, бизона, тура и других животных.
Музейные редкости, экспонируемые на выставке: Сихоте-Алинский железный метеорит, микроклиновый гранит – горная порода кристаллического фундамента с глубины 680 м, фрагмент кости травмированной молодой особи мамонта и другие предметы.