自2007年7月开馆以来，博物馆以「进化运动」为主题的四个新展览：「恐龙世界」、「进化进行时」、「地球系统」和「宇宙和太阳系」每年约吸引50万参观者。2010年，又新增了「水生生物收藏」，以国际最先进的安全标准陈列了27.6万余个玻璃标本瓶。柏林自然历史博物馆拥有许多「世界之最」，如：世界上数量最多的动物标本，世界上最大的恐龙化石、世界上最古老的鸟类化石以及世界上最大和最古老的陨石标本等。这里不仅是德国自然科学界首屈一指的展览和研究中心之一，也是人们发现、了解和探索大自然奥秘的理想去处。
其常设展大致可分为12个展厅及功能区：
1. 宇宙和太阳系
厅内展品包括陨石标本及太阳系各大行星的模型及相关数据，并设有一个放映厅，供游客观看天文类短片；
2. 地球系统
通过模型及标本来说明地球形成以来水圈和岩石圈的变迁，以及有机自然及无机自然之间的相互关系和影响。
3. 矿物标本
展出了超过1000种矿石标本，其中包括德国自然科学家洪堡（Friedrich Wilhelm Heinrich von Humboldt）从俄罗斯搜集的珍贵矿石。
4. 进化进行时
着重介绍了生物进化理论中决定动植物性状、行为及生物多样性的一些重要机制。区内设有一面长12米、高4米的「生物多样性墙」，展示了3000件不同的动物标本。
5. 化石标本
介绍了地质史及部分动物族群的发展历史。厅内展出大量海洋生物化石，介绍了植物从海洋向陆地扩展的过程，还展出了一副大犰狳背甲及大角鹿的鹿角化石。
6. 恐龙世界
展区位于博物馆正厅，向参观者展示了一亿五千万年前，恐龙在东非坦桑尼亚坦达古鲁地区的生活环境。最著名的印石板始祖鸟柏林标本就陈列就在本区内。
7. 有蹄类动物标本
博物馆自1967年起展出有蹄类动物标本，其中部分标本已有上百年历史，展现了不同动物族群的多样性及族群之间的亲缘关系。
8. 水生生物
位于博物馆东翼，2010年开放，展区由巨大的透明玻璃架围成，共使用超过27.6万个玻璃标本瓶存储了约100万个水生生物标本（鱼类为主），浸泡标本所用的乙醇重量总计超过80吨。
9. 欧洲动物标本
通过一个「阿尔卑斯山立体透视模型」来展现阿尔卑斯山麓的动植物，另有陈列300余件鸟类标本。
10. 昆虫模型
陈列了德国模型制作家、动物标本制作家制作的常见昆虫模型，模型体积为昆虫正常大小的15-100倍。
11. 标本制作术
这一展区通过几组模型来展现不同时期动物标本制作的过程，除动物标本剥制术外，还展示了化石标本及矿物标本的制作过程。
12. 洪堡探索馆
该展区专为青少年儿童设置，通过显微镜观察、考古模拟等实践活动让参观者体验自然科学工作者的工作过程。
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