Палеонтологический зал рассказывает о наиболее интересных страницах геологической летописи Симбирского – Ульяновского края. Витрины зала посвящены как обитателям древнего Русского моря покрывавшего край в юрский, меловой и палеогеновый период, так и представителям ледниковых эпох – мамонту и его современникам. В экспозиции представлены разнообразные раковины головоногих и других моллюсков, панцири морских ежей, кораллы, морские губки и другие морские беспозвоночные. В зале находится скелет ихтиозавра и наиболее полный на сегодняшний момент в России скелет эласмозавра. Экспозицию украшают графические реконструкции ископаемых морских рептилий, любезно предоставленные художником-палеоиллюстратором Андреем Атучиным (г. Кемерово), а так же объемные реконструкции ископаемых рептилий.
