En 2008, lorsque le musée a ouvert ses portes, ses salles ont accueilli des collections des fonds du Musée de Géologie A. A. Shtukenberg de l'Université fédérale de Kazan. Au fil du temps, l'exposition a été enrichie par des découvertes provenant de diverses expéditions.

Aujourd'hui, l'exposition permanente occupe 12 salles sur deux étages du musée. Ici, on peut lever le voile sur les mystères de l'Univers et de son histoire, ainsi que découvrir les ressources minérales de la République du Tatarstan. Le Musée d'Histoire Naturelle du Tatarstan présente une collection de minéraux, des échantillons de météorites, ainsi qu'un modèle de volcan de boue en action. Les visiteurs peuvent voir la collection des premiers organismes vivants sur Terre, des invertébrés marins anciens. On y trouve des carapaces de trilobites disparus et des coquilles d'ammonites, des troncs d'arbres fossilisés et des empreintes de feuilles. La représentation du monde ancien est complétée par des squelettes de rhinocéros laineux, de dinosaures, d'ours des cavernes et d'autres animaux.

Le musée propose des divertissements interactifs et des expositions ludiques qui facilitent l'apprentissage. On peut utiliser un appareil avec des balances spatiales pour connaître son poids sur différentes planètes, observer les planètes et les constellations à travers un télescope, participer à des fouilles paléontologiques, nourrir des poissons anciens dans un aquarium préhistorique, se promener avec un lézard joufflu, assembler des puzzles de dinosaures et essayer le bras de fer magique.

Des spectacles scientifiques, des quêtes et des ateliers créatifs sont également organisés au musée. Les visiteurs sont invités dans des laboratoires et des salles ouvertes où ils peuvent étudier divers objets au microscope.