博物馆位于西安市南大门，长安南路电视塔周围的舟形环岛上，北望钟鼓楼，南眺终南山。主要面向社会普及科学自然知识，丰富市民文化娱乐生活。占地面积110亩，总建筑面积16000平方米，包括自然馆和科技馆两个独立建筑，科技馆中设有西北家穹幕影院。博物馆拟设生命科学、地质、古生物、生态和科技五大主题，生命科学将是陕西自然博物馆的主要特色，而生态则是陕西的优势所在。博物馆以建成“国内一流，国际接轨”的博物馆为目标，建成后的博物馆将成为大自然博览中心、科技文化载体和孵化平台、环保宣传基地，科学研究和科普教育中心。
这里的展览分为三部分：宇宙与地球，陕西地理地貌，陕西的矿产资源。通过声、光、电、影等展示手段，观众可以直观地了解宇宙的诞生，地球的形成，以及大陆漂移、冰川、地震、火山、海啸等地质运动现象。通过模型沙盘，了解陕西的地理位置、地形地貌、行政区划等，展馆中还陈列有各种矿产标本、油气开采模型，让人大开眼界。
博物馆集展示、收藏、研究三大功能于一身。以实物、标本、模型、情景为主体，结合声、光、影、视、 电、图、文等各种展示手段，揭示自然奥秘，普及科技知识，为观众带来全新的、趣味盎然的参观体验。但就建筑而言，也是古都一道新的亮丽风景。
博物馆展厅内展示了大量远古动植物化石标本和包括“四大国宝”在内的一大批野生珍稀动植物标本，还对许多自然现象、现代科技、生命奥秘等进行了或寓教于乐、或寓教于趣的互动性展示，让人在轻松快乐中感受神奇和奥妙
走进展馆，观众仿佛穿越时空，回到远古生物世界，真切感受生命的诞生、发展和演化进程。早期腕足类的石燕、脊椎动物狼鳍鱼、中生代爬行动物恐龙、蓝天猿人头骨、距今约500万年的黄河剑齿象、大唇犀、古长颈鹿……各种化石和模型夺人眼球。恐龙家族中的大明星马门溪龙，身高4.5米，身长24米，据测算，它的真实体重约20吨至30吨，长长的脖子相当于体长的一半，引得观众啧啧称奇。
昆虫王国“光明女神”身价36万元
昆虫知识、昆虫标本、昆虫森林、甲虫方阵……走进昆虫世界，很多人才知道自己对昆虫并不了解。在昆虫森林展区，有互动的昆虫探险小游戏，展示昆虫的特殊本领和独特的生活习性。“昆虫叫声对比”游戏吸引了很多人的参与，但有的人连续试了五六次都没有答对。上千种昆虫
