自然博物馆是地球存在以来知识的宝库，是收藏、制作和陈列地质万象、植物、动物、古生物，以及人类等方面具有历史意义的标本，供科学研究和科普教育的文化殿堂，实现人类与历史、与自然和科学对话，它已成为城市文化设施的重要组成部分。场馆建筑以电视塔为对称点，有科技、自然两大展馆，两展馆分别呈玻璃球和月牙形，犹如“日”和“月”，蕴含“日月同辉”。亿万年前的生物在此现身，2万余件标本在此安家。陕西自然博物馆通过近5.4亿年的标本与历史对话、与自然和科学对话，叙述人与自然的故事，为西安这座国际大都市增添了不可缺少的品位和厚重的文化底蕴。馆内有地质万象、古生物长廊、昆虫王国、神奇秦岭、生命之光、科技环廊等展厅，穹幕影院、勇敢者通道及观景平台。各展厅及馆区展示了大量远古化石，陈列着“四大国宝”及血雉、金雕、独叶草、珙桐、红豆杉等一大批珍稀动植物标本，设有“鸟语林”、大型古生物展示台、鱼池景观、仿真马门溪龙、霸王龙、百余种植物等室外景观，阐释自然现象，弘扬科学精神。展示方式力求新颖互动、追求寓教于乐、寓教于趣，是广大青少年和游客学习自然发展史，亲近自然的乐园。是孩子们的成长伙伴，青少年的启蒙老师。陕西自然博物馆已成为热爱自然、关爱自然的西安市民和省内外游客青睐的著名游览景点。
生命之光展厅以展示人体知识与生命科学为主。通过高仿真硅胶人体模型、五脏六腑手术台、机器人医生等展项，以及前沿生物技术影像资料，介绍人体结构和保健知识，启发孩子们探索生命科学的奥秘。
神奇秦岭展厅真实再现了秦岭四宝：大熊猫、朱鹮、金丝猴、羚牛以及它们的伴生动植物所生活的场景。还陈列有华南虎、黑熊、林麝、天堂鸟等大量珍稀动物标本，以及红豆杉、鹅掌楸、银杏等珍贵植物标本，并结合沙盘模型与视屏设备介绍了陕西各自然保护区的成就及现状。
昆虫王国展厅陈列着来自世界各地的珍稀昆虫标本，美丽的蝶蛾、奇特的甲虫、还有好玩的互动游戏，以寓教于乐的方式，介绍了有关昆虫的科学知识和奇闻趣事。
古生物长廊通过亿万年前的化石标本、骨架模型以及生动形象的半景壁画，引领人们追溯生命的起源，体验地球上第一个单细胞生命诞生到人类出现的奇妙旅程。这里不光有孩子们最喜爱的恐龙，还有大量哺乳动物和海洋生物的化石，令人们对史前世界产生无尽的遐想。
地质万象展厅以展板和影像资料的形式介绍了宇宙的形成与地球的诞生、板块漂移与地质运动。通过沙盘、矿产标本、油气采掘微缩模型等详细展示了陕西的地理地貌与人文山水、各类矿产资源及其应用、石油和天然气的采集运输等内容。
地铁2号线会展中心站B口直达馆内。
游9、19、44、106、161、162、212、215、217、229、239、321、323、408、504、526、527、603、616、K631、905、917、923路，至会展中心站或八院站下车，步行至陕西自然博物馆舟行环岛。
志留纪海洋生物化石焦体
位于馆区东门口，改化石重达58吨，采集于陕西省宁强县，通体遍布约4亿年前的浅海生物堆积形成的海百合、珊瑚等各类生物化石20余种。
鸟语林
位于馆区北侧广场，大型网房内共饲养鸟类50余种。频频开屏的绿孔雀，形影不离的鸳鸯，色彩缤纷的鹦鹉，吸引着游客们驻足观赏。
大型化石、矿物标本
位于馆区北侧广场，展出海绵、海百合、通穴珊瑚及侏罗纪原煤标本等，其中采集于富平县的墨玉标本，通体黑亮、高大宏伟。
马门溪龙仿真
位于馆区西门口。马门溪龙身披迷彩装、不时地嘶鸣吼叫，是中国迄今发现的最大的蜥脚类恐龙。脖子最长，它体长36米，是由著名古生物学家杨钟健先生（陕西化县人）主持在重庆合川区发掘。同时陈列的还有“盗蛋龙”、“三角龙”以及放大的各类型的恐龙蛋。
鱼池景观
方形鱼沼（池）景观，位于馆区北侧。池内饲养各种锦鲤、金鱼，种植各色荷花。鱼儿跳跃争食，盛夏荷花盛开，是孩子们和家人参观留影的好去处。
