Первым, посетителей встречает зал древней природы нашего края. Большую часть истории Павлодарское Прииртышье представляло собой мелководное море, о чем можно судить по окаменелым остаткам кораллов и древних моллюсков-брахиопод девонского периода.

Меловой период, представлен отпечатками папоротников и других растений, самым распространенным видом из которых было древовидное растение – гингко. К морским обитателям относятся моллюски - аммониты и белемниты, отпечатки ганоидной рыбы.

В зале наиболее широко представлена кайнозойская эра, (70 млн. лет назад), включающая животный мир неогенового (25-1,8 млн. лет) и антропогенового, или четвертичного периода (1,8млн. и до нашего времени).

В 1928 году, на правом берегу Иртыша, в урочище «Гусиный перелет» палеонтологом Ю.А.Орловым обнаружено огромное захоронение с костями животных неогеновой или т. н. гиппарионовой фауны - носорога-хилотерия, гиены, саблезубого тигра-махайрода, жирафа-палеотрагуса и многих других, костные остатки которых выставлены в нашей экспозиции.

Неизменный интерес у посетителей вызывает скелет большерогого оленя с огромными лопатообразными и ветвящимися рогами, размахом в три метра. К другим не менее интересным экспонатам антропогенового периода, относятся скелет мамонта, черепа бизонов и шерститстого носорога. Имеется ценный экземпляр черепа первобытного быка – тура и череп пещерного медведя.