黑龙江省地质博物馆常设展分为7个展厅，共展出超过3000件藏品，涵盖自然亿万年来演化出的生物化石及矿产标本，同时借助声光电、多媒体、虚幻影像等技术，展示黑龙省丰富的自然资源和地域特色。
第一展厅 锦绣龙江厅
本厅全面介绍黑龙江省的概况，以黑龙江省国土资源沙盘展示全省的交通、行政区划和各种自然资源，采用自控抬升和错位系统呈现满洲里－绥芬河地学大断面，并通过耕地、林地、草地、湿地的实景模型黑龙江的自然风光。
黑龙江省国土资源立体沙盘
第二展厅 地质矿产厅
这部分从地质工作、金属矿产、能源矿产、非金属矿产、地热及地下资源等方面展开，以电子显示模型展示黑龙江25亿年来的地壳演变及矿产资源形成规律。展览亮点是重达4吨的大煤块、大庆油田模型展示区。
大庆油田模型
第三展厅 岩石矿物厅
该展厅采用景观模型揭示地球上三类岩类（变质岩、岩浆岩、沉积岩）的相互转换，通过晶洞墙展示黑龙省内外的各种岩石及矿物形态，古代观赏石与名砚等。观者可以通过立体镜观察矿物及内部包裹物、裂纹等。
逊克玛瑙
第四展厅 地质环境厅
通过五大连池火山、伊春小兴安岭花岗岩石林、嘉荫茅兰沟等微缩景观，展现黑龙江省地质公园的自然风貌。采用声光电手段演示五大连池火山喷发场景，诠释地质灾害的形成原理及对人类生活的危害。
五大连池火山微缩景观
第五展厅 地层古生物厅
集中展出白垩纪鳞齿鱼、三叶虫化石等省内外古生物化石标本，借助模拟龙爪沟生物群幻像，向观者介绍5亿年来黑龙江的自然演变及地层古生物演化的过程。
第六展厅 恐龙动物群厅
恐龙厅以古生态复原壁画结合恐龙化石骨架、恐龙蛋化石、标本等实物，系统介绍地质时期的恐龙兴衰史。这部分展出的鸭嘴龙骨架是黑龙江嘉荫县出土的鸭嘴龙中体型最大的一具。
嘉荫鸭嘴龙
第七展厅 披毛犀-猛犸象动物群厅
该厅展出东北野牛、披毛犀、猛犸象、普氏野马、以及冰河时期其他动物化石，以大型壁画复原这一时期古生态环境，特别是第四纪的松嫩平原被森林包围的草原景象。
东北野牛
猛犸象
披毛犀
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