А.А. Борисяк и Ю.А. Орлов заложили научно-дидактические основы концепции нового Палеонтологического музея, создали его традиции. Развитие их идей и планов осуществлялось в новом Музее их последователями: А.В. Шером (руководитель интерьерной группы Музея в 1972–1975 гг.), М.А. Шишкиным (заведующий музеем в 1975–1981 гг.), А.Г. Пономаренко (и.о. заведующего музеем в 1982 г.), Н.Н. Каландадзе (заведующий музеем в 1983 г.), В.Ф. Федотовым (заместитель директора Института по научно-экспозиционной работе в 1983– 1994 гг.), В.Н. Шиманским, Г.Т. Ушатинской, В.Ю. Решетовым, М.Ф. Ивахненко, О.А. Лебедевым, С.М. Курзановым и др. В годы формирования новой экспозиции создание тематико- экспозиционных планов входило в число первоочередных задач большей части научных сотрудников Института. Экспозиция была призвана показать закономерности и этапы становления жизни на Земле, эволюцию и филогению различных групп организмов, распространение и развитие флоры и фауны прошлого, проиллюстрировав все это богатейшим палеонтологическим материалом. Из обширных коллекций Института для экспозиции было выбрано более пяти тысяч наиболее интересных и выразительных палеонтологических объектов, отражающих все крупные этапы эволюции жизни на Земле. Здесь представлено более 80 % натурных объектов, остальные – это слепки, реконструкции, макеты и т. д. В Музее хранятся типовые экземпляры вымерших видов, входящие в мировой научный фонд и охраняемые международными кодексами.
Краснокирпичное здание Музея по своей архитектуре напоминает старинную крепость с центральным внутренним двориком, вокруг которого размещены четыре экспозиционные зоны с четырьмя примыкающими к ним башнями. Экспозиционные зоны размером 18 × 54 м занимают весь второй этаж, спускаясь в двух из них до уровня первого этажа, где также размещены вестибюль, конференцзал и кабинеты сотрудников. Общий объем здания составляет 64 тыс. куб. м, его площадь – 9 936 кв. м, экспозиционная площадь – 4 805 кв. м. Четыре экспозиционные зоны Музея, включающие в себя шесть залов, последовательно вводят в мир животных и растений прошлого, начиная с самых древних и кончая практически современными. В каж дом зале продемонстрированы не только характерные для определенного геологического времени группы организмов, но и наиболее интересные фаунистические комплексы. Экспонаты Музея демонстрируются посетителям в 250 витринах и подиумах.
Экспозиция открывается вводным залом, рассказывающим о предмете и задачах палеонтологии, ее истории, основных разделах и направлениях, месте среди других наук и практическом значении. В центральной части зала на подиуме стоит скелет мамонта – символ российской палеонтологии. Это один из первых практически полных скелетов мамонта. Его обнаружил в 1842 г. русский промышленник А.И. Трофимов в Сибири. Среди раритетов экспозиции зала экспонаты из Кунсткамеры: позвонок кита и кости мамонта. К числу старейших музейных предметов, демонстрирующихся в зале, также относится коллекция беспозвоночных, собранная Э.И. Эйхвальдом.
Второй зал – зал докембрия и раннего палеозоя, знакомит с самыми ранними этапами становления жизни на Земле, с огромным, нарастающим с течением геологического времени разнообразием беспозвоночных животных и растений, а также с фаунистическими комплексами раннего палеозоя. Здесь можно увидеть циано-бактериальный мат – единственный живой экспонат в Музее, и уникальную вендскую плиту с отпечатками и следами жизнедеятельности мягкотелых организмов, не имевших минерального скелета. Большой вклад в экспозицию внесли коллеги из Геологического института РАН С.В. Мейен и А.В. Гоманьков – в витринах демонстрируются замечательные коллекции растений, переданные ими в Музей.
