中国地质博物馆有五个基本陈列展厅，分别是地球厅、矿物岩石厅、宝石厅、史前生物厅和国土资源厅。其中，地球厅是博物馆的核心展厅，展示了地球的结构和演化历史。矿物岩石厅展示了各种矿物和岩石的特点和性质。宝石厅展示了世界各地的宝石和珍贵矿物。史前生物厅展示了各种史前生物的化石和遗迹。国土资源厅展示了我国丰富的地质资源和地质调查成果。
有世界最大的“水晶王”、巨型萤石方解石晶簇标本、精美的蓝铜矿、辰砂、雄黄、雌黄、白钨矿、辉锑矿等中国特色矿物标本。
展览通过矿物岩石的性质构造及其成因、地质演化史以及自然环境的变迁与古生物的演化过程，展示了一幅宏伟的地球史画卷。这里还拥有一个汇集奇珍异宝的殿堂，它不仅使你领略到金刚石、猫眼石、祖母绿和阗玉等以及种类繁多的宝石、玉石等一批国宝级珍品，而且为你揭示了宝石的迷人所在-光学效应。
除了基本陈列展厅，中国地质博物馆还有两个临时展厅，不定期地展示各种主题展览。此外，博物馆还会举办各种科普活动和地学知识讲座，让公众更加深入地了解地球科学知识。
