该馆矿产资源陈列厅门口，是一座人工堆造的石灰岩溶洞，厅内布有湖南矿产分布大型沙盘，上面标记着湖南特有的钨、锑、铅、锌、汞、磷、砷和高岭土、海泡石等矿产地 250多处。几座独有的石英──黄铁矿晶洞、辉锑矿晶洞、石膏晶洞，再现了自然界矿物生长发育状态。地球历史陈列厅陈列有转动着的巨大地球模型。其他陈列厅陈列有古生物标本 800余件，如大型三叶虫、1 米多长的直角石、芙蓉龙、恐龙蛋化石、恐龙脚印等。矿物岩石标本有1000余件，如金刚石、辉锑矿晶簇、石英黄铁矿晶簇、雄黄雌黄晶簇、方铅矿重晶石晶簇、方解石晶簇、辰砂、黑钨矿、白钨矿、萤石、石膏等矿物晶体以及中国首次发现的世界新矿物──香花石晶体和各种宝石玉石彩石等。其他还有矿床、区域剖面的系统成套标本。

该馆还不定期举办地质新成果展览和矿产资源开发利用展览。