共設有五個主題展廳，包括：地球廳、礦物岩石廳、古生物廳、地質環境廳及資源利用廳。同時還設有臨展廳、4D影院、科普區和社會教育區。五大展廳裏都配備了多種互動設備，讓參觀者擁有更多的“可看可學可玩”的趣味體驗。
地球廳，遊客透過標本、模型、模擬翻書、互動體驗、科學實驗等方式，瞭解宇宙和恆星的起源與演化、地球的誕生、演變及運動、陸地與海洋的形成與變遷等自然科學知識。
礦物岩石廳，包含礦物岩石篇和寶玉石篇，其中有“礦物特性實驗中心”互動體驗區、“三大類岩石形成”立體展示、“生活中的礦物岩石”互動小屋、360°全息投影演示“寶石奇異效應”、“慧眼識真假”寶石鑑別互動等項目，透過多種實驗性、參與性的展項激發興趣，傳達礦物岩石科學的內涵。
古生物廳，以“展現進化歷程，傳播進化理念”爲主題，在大時間線索下，營造一個個不同的敘事空間，突出生命的海陸空輻射演化，展現生命激流的波瀾壯闊，讓參觀者感受生物界與環境協同演化。
資源利用廳，展示自然資源，喚起人們對“人與地球資源”的關注和思考。
地質環境廳，主要突出張家口地質特徵和環境特點，包括地理地貌、地質環境、地址遺蹟以及在張家口常見的地質災害，從而樹立正確的環保意識以及災害自救意識。
臨展廳，承接各種公益性、科學性和知識性的臨時展覽。
