Nằm trên diện tích hơn 300m2, phòng trưng bày tái hiện thế giới tự nhiên từ khi sự sống bắt đầu được hình thành trên Trái đất cách nay gần 4 tỷ năm gồm nhiều khu trưng bày về: Nguồn gốc sự sống, Lịch sử sự sống và Sự sống thời hiện tại, được thể hiện qua cây tiến hóa của thế giới sinh vật, các mẫu địa chất, hóa thạch. Bên cạnh phòng trưng bày còn có phòng chiếu phim 3D trình chiếu các bộ phim về thế giới tự nhiên. Phòng trưng bày Tiến hóa sinh giới được xây dựng từ năm 2010, mở cửa đúng dịp hưởng ứng Ngày Khoa học Công nghệ Việt Nam và Ngày Quốc tế Bảo tàng 18-5.
