本展厅展出地球46亿年历史中的各种化石，从古生代的三叶虫，到泥盆纪的鱼类、中生代的恐龙和新生代的哺乳动物，分三个单元揭示地球生命演化的奥秘，以及早期生命为适应地球形成初期的恶劣环境而作出的努力和改变。
「生命的起源」：约46亿年前，炙热的地表受到陨石与彗星撞击，原始地球诞生。距今40多亿年前，地球留下了最早的岩石，而最古老的微体生物发现在35亿年前的岩层里。
「三叶虫——古生代海洋中的花蝴蝶」：三叶虫是最早的节肢动物家族，背上的甲壳分为左中右三叶，因此得名。最早的三叶虫化石出现在5.4亿年前，古生代结束后三叶虫灭绝，没有留下任何后裔。
「从水到陆的大跃进」：在所有陆栖动物的足迹中，最早的是4.5亿年前的多足类节肢动物。泥盆纪晚期（约3.65亿年前），由真掌鳍鱼演化的始螈类，开始出现肺与四肢，并且在水边爬行、尝试登陆，最后终于离开水域，成为首批两栖动物。
展厅设有专门展示台湾本土化石的区域，展品包括饼型海胆、曼氏星盾海胆、林西海胆、徐氏环球海胆、小笠原厚盾海胆，以及奇异掘海钱、牡蛎、石芝珊瑚、蜂窝珊瑚、货币虫、火焰珊瑚、酸酱贝、海扇蛤等。
展览现场
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