В Музее природы представлена естественнонаучная экспозиция, включающая свыше 1 500 экспонатов. Среди них выделяется самый известный экспонат, полный скелет самки мамонта по имени Матильда. Рядом с ним можно увидеть скелет шерстистого носорога, научную реконструкцию пещерного медведя и фигуру детеныша мамонта.

В музее также выставлены плиты с окаменелыми останками динозавров, найденные в Кемеровской области. Для юных посетителей создана скала диковин, украшенная сверкающими друзами аметиста и настоящими окаменелостями древних животных, возраст которых исчисляется сотнями миллионов лет. Воссозданный грот Барсуковской пещеры позволяет наблюдать за полетом цифровых летучих мышей.

Залы, посвященные природе, демонстрируют разнообразие животных, птиц и насекомых, обитающих в Новосибирской области.

Кроме того, музей ежегодно организует более 10 временных выставок на природоведческую тематику. Это могут быть фотовыставки, естественнонаучные экспозиции крупнейших российских музеев и проекты научных сотрудников НГКМ.