地球至今已有46亿年历史，与地质历史时期形成的各类自然矿产资源一样，地球系统的运动及其带来的地貌变迁伴随着生命的产生和演化。古生物学研究表明，生物界的演化是由简单到复杂、由低级到高级发展的。这个演化过程也并非均一的和等速的，其中既有缓慢的量变，也有急速的质变。在急速的质变中生物出现大绝灭或大爆发演化，形成了生物演化的阶段性。在同一地质时期，生物界的总体面貌大体具有全球的一致性。因此，生物的演化阶段能够反映地质时代阶段，化石成了研究地球历史的文字。　

地质历史展厅陈列有100多件陨石、化石和石器标本，其中包括国家一级重点保护的古脊椎动物骨骼化石标本三趾马和两栖犀。该展厅主要介绍宇宙起源与地球形成、地质历史与生命演化等相关科普知识。