За наредбата на тази малка зала са използвани сбирки на палеонтолозите Иво Сапунов, Милка Енчева, Емилия Коюмджиева, Наталия Димитрова, Васил Цанков, Емил Белмустаков, Стойчо Бресковски. Залата е основно обновена и осъвременена през 1988 г. във връзка с честването на 100-годишния юбилей на музея.
В зала Палеонтология накратко е представена геоложката история на Земята, еволюцията на организмовия свят и са показани вкаменени останки от различните геоложки периоди. Специално внимание е отделено и на стратиграфията на България, илюстрирана със схеми и представителни образци от скали и фосили.
Нов
стенен постер представя интересна информация за
амонитите, група изчезнали в края на Мезозоя мекотели животни, чиито вкаменени останки днес са едни от най-интересните и красиви сред всички фосили. Един от най-впечатляващите експонати е
гигантският амонит от горносантонския подетаж в Шуменското плато —
Parapuzosia sp., на възраст около 84 милиона години. Диаметърът му достига 144 cm. Това е най-големият фосил — представител на безгръбначната фауна, намерен някога в България.
В залата са изложени и малък брой фосилни бозайници. По-интересните експонати са:
първият и единствен до момента череп на елена Megaloceros giganteus от България
най-късните останки от зубър (Bison bonasus) в страната
едни от най-ранните представители на гомфотериида Anancus arvernensis (Proboscidea) в Европа
Основната част от експозицията изкопаеми бозайници е представена в
Палеонтологичния музей в Асеновград (филиал на НПМ).