В 1933 году Сергей Григорьевич Каштанов обнаружил под Котельничем первые два скелета парейазавров. С 1990 года в этом районе ведутся систематические раскопки, которые привели к значительным научным открытиям и созданию уникального музея. Многие экспонаты музея имеют огромную научную ценность и не имеют аналогов в мире.

Музей ежегодно организует научно-исследовательские работы на территории государственного памятника природы «Котельничское местонахождение парейазавров». Здесь собирают останки ископаемых рептилий, проводят их обработку и научную интерпретацию, а затем выставляют для обозрения.

Выставка «Загадка ящеров пермской эпохи» знакомит с миром древних ящеров, существовавших до динозавров. В России впервые местонахождение таких ящеров было найдено экспедицией Владимира Амалицкого в конце XIX века у города Котлас. Раскопки Варшавского университета под Котласом выявили 11 полных скелетов скутозавров и других древних животных, образующих так называемую «Северодвинскую фауну Амалицкого».

На выставке можно увидеть слепки скелетов скутозавра и иностранцевии, обнаруженные экспедицией Амалицкого. Возраст этих находок составляет около 255 миллионов лет.

В 1933 году под Котельничем было найдено крупное местонахождение ископаемых животных пермского периода. Раскопки конца XX века показали, что здесь одно из крупнейших в мире скоплений скелетов рептилий пермского периода, представленных множеством видов. Найдено около 20 видов древних животных, многие из которых уникальны. Возраст находок составляет 260 миллионов лет, а их сохранность поражает, скелеты часто находятся целыми в глинистой породе. Эти раскопки стали основой для коллекции Вятского палеонтологического музея в Кирове.

На выставке представлены черепа и скелеты известных представителей котельничской фауны: парейазавров, эмеролетеров, дицинодонтов, тероцефалов и горгонопсов. Также можно увидеть скульптурные реконструкции облика вымерших существ, отличавшихся от современных животных.

Для детей организован аттракцион, где они могут участвовать в раскопках и определять, что это за животное и как оно жило.

Выставка «История развития жизни на Земле» представляет окаменелости существ, живших в разные геологические периоды. Экспонаты охватывают временной интервал от 260 миллионов лет назад до 65 миллионов лет назад. Центральным экспонатом является скелет тарбозавра из пустыни Гоби. Также представлены черепа и скелеты различных ископаемых животных, включая фауну Котельничского местонахождения.

Выставка снабжена иллюстрациями, рассказывающими о развитии жизни на Земле. Юные посетители могут участвовать в раскопках, работая с игровым модулем, чтобы почувствовать себя охотниками за ископаемыми.

Посетители узнают, что могло бы произойти с Землей, если бы 65 миллионов лет назад не случилась катастрофа, уничтожившая почти всё живое, и почему динозавры достигли такого разнообразия.

Филиал музея в Котельниче, Кировская область, называется «Котельничский палеонтологический музей». Он рассказывает о многолетних исследованиях на памятнике природы «Котельничское местонахождение парейазавров», протянувшемся вдоль реки Вятки.

10 сентября 2011 года открылась новая экспозиция музея. Разработка экспозиции длилась более двух лет, и был выбран оптимальный вариант, отражающий специфику местонахождения парейазавров.

В двух залах площадью 90 кв.м. представлены разнообразные ископаемые животные и растения пермского периода. Здесь можно увидеть скелеты парейазавров, дицинодонтов, горгонопсов и других существ, живших задолго до динозавров.

Для новой экспозиции скульптор Андрей Скворцов создал реконструкцию палеоландшафта с уменьшенными животными и растениями, показывающую мир 260 миллионов лет назад.