甘肃地质博物馆常设展分为序厅、地球厅、矿物岩石厅、宝玉石厅、生命演化厅、土地资源厅、地质环境厅、矿产资源厅等8个展厅，主要展出地质矿产、古生物、矿物和岩石标本，以及大夏巨龙、兰州龙和甘肃鸟等国宝级展品。
序厅：恐龙家园浮雕再现白垩纪早期甘肃的恐龙动物群生态景观；电子显示屏和查询系统提供甘肃地质博物馆概况、甘肃自然地理、甘肃地质、甘肃矿产资源等方面的展示和查询服务。
地球厅：介绍地球在宇宙中的位置和地球的概况。重点展示地球的形成、演化和圈层结构，以及内外动力地质作用下地球上发生的各种地质现象。
矿物岩石厅：介绍各类矿物的特点、性质以及三大岩石的分类、成因和互相转化等相关知识。
宝玉石厅：介绍宝石、玉石的特点和性质，展示省内外具代表性的观赏石，尤其是甘肃特有的黄河奇石，简要介绍首饰用贵金属、印章石和砚石。
生命演化厅：以生物演化过程中发生的重大事件为线索，通过展示各地质时期常见化石，概括介绍地球上生物发生、演化和灭亡过程。中央展区突出展示近10年来在甘肃省境内新发现的大夏巨龙、兰州龙、肃州龙、雄关龙、桥湾龙、叙五龙等恐龙及甘肃鸟的化石。
土地资源厅：分为土地资源部分和测绘部分，前者介绍甘肃省土地开发利用现状和土地对国民经济的支撑作用等方面的知识，后者介绍测绘发展史、测绘成就、测绘技术等知识和测绘在国民经济发展中的重要作用。
地质环境厅：介绍甘肃的地质遗迹资源和地质灾害。重点展示陇原大地的20余处地质公园，以及甘肃境内主要的地质灾害及其主要防治对策等内容。
甘肃麦积山石窟模型
矿产资源厅：以矿产资源的分类为顺序，介绍甘肃省主要的矿产资源（包括太阳能和风能资源）及其开发利用现状。重点介绍甘肃省的重要矿山企业，展示其主要的矿石标本、矿产品，以及采、选、冶等生产加工过程。
展厅内循环播放《甘肃地质》《甘肃矿产》《甘肃土地》《甘肃遨游》和《甘肃地质公园》等20多部影视片，还有「宝石趣闻」「地震体验」等互动项目。
部分展厅
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