平邑天宇自然博物馆收藏了大量的古生物化石和矿物标本，藏品达39万余件，其中保存有1106件较完整个体的恐龙化石，为世界上保存恐龙化石最多的自然博物馆。7月22日，平邑天宇自然博物馆被吉尼斯世界纪录英国总部认定为“世界上最大的恐龙博物馆”。
馆藏古生物化石主要有——
低等生物类：海百合 弓石燕 菊石 阔石燕[以上每块均为几个平方] 刻曹珊瑚 三叶虫[最大的一虫直径30多厘米，最大的一块上有一百多虫] ;
恐龙类：西马拉雅鱼龙 几十块大型贵州鱼龙 中华白鲟 幻龙 满州鳄 长吻鳄 胡氏贵州龙 中国鸟龙 鹦鹉嘴龙 孔子鸟 几窝恐龙蛋 禄丰金山龙[十米] 禽龙;
植物类：几十棵大型硅化木 大型枝脉蕨 特羽叶 ;
几乎全国各地发现的各种鱼类 满洲龟 玄武蛙 陆龟 茂名无盾龟 蛇 ;
中国羚羊 柄杯鹿 剑齿虎 无角犀 华丽黑鹿 真猛犸象 大唇犀 野牛 铲齿象 野驴 三踟马 等等等，覆盖了全部主要化石品种。
古生物标本分别陈列于以下展厅：
“贵州关岭生物群”5个展厅中，产于三叠纪地层的各种鱼龙、贵州龙、楯齿龙、海龙、海百合等化石标本近万件，从长达16米的大鱼龙到不足半米的小鱼龙应有尽有，显示了三叠纪时代生物的多样性和复杂性。
【贵州关岭生物群是一个以海生爬行动物和海百合化石为主要特色，并伴生鱼类化石、无脊椎动物化石和古植物化石的珍惜生物群。它以藏量丰富、属种繁多、形态优美、保存完好被地质古生物专家誉为“全球三叠纪独一无二的化石宝库”，同时填补了国际研究海生爬行动物进化的空白。】
“热河生物群”5个展厅中，恐龙展厅的鹦鹉嘴龙化石近400件。其中禽龙化石胃部保存的胃石和当时的食物形成的化石，具有极高的观赏和科研价值。“万鱼厅”展示了十万多条一亿两千多万年前不同种类的鱼化石，为世界一绝。在世界其他博物馆很少见到的带有羽毛的恐龙和鸟类化石上千件，为人们研究恐龙的灭绝和鸟类起源提供了翔实的实物例证。
【1928年，美国地质学家葛利普在我国辽西进行地质工作的基础上，第一次使用了“热河生物群”这个名称。1962年我国的古生物学家顾知微院士在此基础上提出了“热河生物群”的概念，它包括了动物群和植物群两个方面的内容。热河生物群的化石在我国的发现历史很长，但是从20世纪90年代初开始，才在国际上引起了广泛的重视。最早发现的重要化石是一些保存完整的早期鸟类，它们填补了鸟类演化在这一地质历史时期的空白，随后是一系列其他重要化石，如哺乳动物、带毛的恐龙、原始的被子植物等的发现，把热河生物群的研究逐步推向了国际前沿。】
下图：孔子鸟(Confuciusornis)是一种古鸟属，化石遗迹在中国辽宁省北票市的热河(即四合屯和李八郎沟等白垩纪时期的沉积岩)中发现。根据出土地点的地质形成史推断，这种鸟生活在距今约1.25亿年到1.1亿年，即西方学者所称的白垩纪早期或中国学者所称的晚侏罗纪。孔子鸟是目前已知的最早拥有无齿角质喙部的鸟类。
“山旺生物群”标本展厅中，收藏近千件鹿类、犀牛类化石等在其他博物馆难得一见的各种食肉类动物化石、昆虫、植物化石等。
【山旺生物群(heritage of Shanwang biota)化石标本产于山东临朐东部解家河盆地的中新世早期的以“万卷书”闻名国内外的山旺组硅藻土层中。地层内保存了各种精美的动植物化石，素有“化石博物馆”之称。】
猛犸象长牙化石——
猛犸(学名：Mammuthus )，哺乳纲，长鼻目，真象科，最著名的种类是“真猛犸象”，即长毛象。猛犸的生活年代约1万1千年前，源于非洲，早更新世时分布于欧洲、亚洲、北美洲的北部地区，尤其是冻原地带，体毛长，有一层厚脂肪可隔寒，夏季以草类和豆类为食，冬季以灌木、树皮为食，以群居为主。最后一批猛犸象大约于公元前2000年灭绝。
四棱齿象化石——身长：6.5米。身高：3.5米。分类：象类(真象??乳齿象??)，活动范围：中国广大地区。灭绝时间：更新世中期(更新世是第四纪的第一个世，距今约260万年至1万年。更新世时期冰川作用活跃)。它的象牙很长，但不是向上向前长，是比较平直的向前长。
铲齿象——拉丁文名 Platybelodon。在距今1000多万年前后中新世时代，地球上出现了一种十分特化的象类。它的下颌极度拉长，其前端并排长着一对扁平的下门齿，形状恰似一个大铲子，故得名铲齿象。铲齿象生活在河湖边，用铲齿切断并铲起浅水中的植物，再靠长鼻子帮助把食物推入嘴中。在亚洲、北美洲、欧洲和非洲都发现了铲齿象类的化石。根据它们的形态的差异，科学家又把它们分成板齿象、铲齿象和锯铲齿象三大类。在中国宁夏的同心县发现了世界第一具完整的板齿象骨架化石。
