中央大厅的西面，是恐龙遗址厅，也叫化石埋藏厅，总面积约1500平方米，是目前世界上可供观览的最大规模的化石埋藏现场。数以千计的化石首尾相接，排布有序，或重迭堆积，或交错横陈。其数量之众多，埋藏之丰富，着实令人眼花缭乱，叹为观止。这便是被称作“世界奇观”的大山铺“恐龙群窟”缩影。
据地质考察，这里曾是恐龙的“极乐世界”。侏罗纪时期，自贡这一带是开阔的滨湖地带，气候炎热，水草丰茂，是恐龙理想的生活场所，而大山铺又是风平浪静的砂质浅滩，在此死亡的以及被河水从远处搬运来的恐龙尸骸，都被浅滩上的泥沙掩埋起来。尸骸的堆积与泥沙的掩埋交替进行了很长时期，以后再经过一两亿年漫长岁月的积压，终于形成了今天所见的含化石的砂岩层。
这是一具体长约4米的太白华阳龙骨架的部分骨骼，包括部分背椎和尾椎、肩胛骨、股骨和背部骨板。太白华阳龙，植食，生活在中侏罗世（约1.6亿年前），是小型到中等大小的原始剑龙类恐龙，长4.3米，是目前世界上所知最原始、最完整的剑龙类恐龙。
这是一具体长约10米的李氏蜀龙骨架，包括关联的颈椎、背椎、荐椎、前中部尾椎、腰带骨骼和后肢骨骼。
这也是一具体长约10米的李氏蜀龙骨架，包括关联的颈椎、背椎、荐椎、前部尾椎、腰带骨骼和股骨。
这是一具体长约20米的天府峨眉龙骨架，包括部分背椎、前中部尾椎、耻骨和部分前、后肢骨。
这也是一具体长约16米的天府峨眉龙骨架，包括关联的后部颈椎、背椎、荐椎、前部尾椎和大多数肢带骨骼。
这是一具体长约5米的自贡四川龙骨架，包括部分下颌骨、关联的颈椎、背椎和肠骨。
这座“恐龙群窟”，凝固了洪荒的年代，冻结了远古的生命，呈献给我们一幅史前生命的不朽画卷。
中央大厅的南面，是恐龙世界展厅，该厅采用现代流行的生态陈列，18具大小不一、属种不同、形态各异的恐龙，根据各自不同的生理、生活特性进行了塑造和组合，形成一组组既相互联系又各自独立的生态群雕形象，辅以仿真的环境，让人犹如在侏罗纪王国内穿梭，体验无限的原始与神秘。
这是建设气龙，肉食，生活在中侏罗世（约1.6亿年前），长4米，头骨较小，牙齿尖锐，前肢退化，后肢强壮，趾端具锐爪，两足行走。
这是劳氏灵龙，植食，生活在中侏罗世，这种小型的原始鸟脚类恐龙，长仅1.8米，颈部短，尾巴长，前肢退化，后肢细长，善于两足快跑。
这是天府峨眉龙，这种大型的长颈型蜥脚类恐龙，植食，头骨相对较小，牙齿呈勺状，颈部特别长，由17个长长的颈椎组成。这里较大的一具长达20米，为成年个体骨架，较小的一具长仅6米，为幼年个体骨架。
这是四川巨棘龙，植食，生活在晚侏罗世（约1.5亿年前），属中等大小的原始剑龙类恐龙。这具恐龙长5.4米，其头骨低长，牙齿叶状、较小，剑板形状多变，肩部长有一对巨大的肩棘，起保护躯体的作用。
这是一群多齿灵龙，它们是小型的两足行走的原始鸟脚类恐龙，是生活在中侏罗世的杂食恐龙，长1.4米，头小，短吻，眼眶大而圆，牙齿数多，前肢很短，后肢较长，善于快跑，经常出没于灌木丛林地带，以柔嫩的植物或昆虫为食。
这是李氏蜀龙一家三口。李氏蜀龙是中等大小的短颈型蜥脚类恐龙，其颈部较短，尾部末端有一个骨质尾锤，是一种有力的防御武器。这里最大的一具长12米，为完全成年的个体骨架；中间的一具长9米，为刚成年的个体骨架；最小的一具长6米，为幼年个体骨架。他们一家三口正在悠闲地漫步、觅食，显得很温馨。
这是一个残酷的场景：晚侏罗世，在自贡伍家坝，两头甘氏四川龙正在围攻一头多棘沱江龙。多棘沱江龙是大型的剑龙类恐龙，长达7米，头骨很长，牙齿少，植食，背面两列对称排列的骨板很宽大。甘氏四川龙则是中等大小的肉食龙类恐龙，长5.5米，头骨大，牙齿尖锐，匕首状，善于群体捕猎。面对甘氏四川龙的群体围攻，个体较大的沱江龙也只能作最后的垂死挣扎。
主馆的二楼，有恐龙时代的动植物厅、珍品厅和恐龙再现厅。
距今2.5—0.65亿年前的中生代，气候温暖潮湿，植被繁茂，恐龙空前繁盛，因而又被称为“恐龙时代”。但也并非恐龙一统天下，当恐龙逐渐在陆地上称霸的时候，其它种类的爬行动物则统治着海洋和天空，而鱼类、两栖类、早期鸟类和哺乳类以及大量无脊椎动物也在海、陆、空各自的生态领域里繁衍生息。生物的多样性维系着中生代的生态平衡，恐龙则依赖其它生物而得以称霸地球一亿多年。
恐龙时代的动植物厅展示着恐龙时代陆地上生存的两栖类、龟鳖类、鳄类、似哺乳爬行类、原始的哺乳类等，水中的鱼类、水生爬行类（鱼龙、幻龙、蛇颈龙等），空中的翼龙类、原始鸟类，以及恐龙时代高大的乔木和低矮的蕨类，它们共同将恐龙生活的世界装点得色彩斑斓，生机盎然。
这是出土于贵州的三叠纪幻龙化石。
鱼类是我们最常见的一种动物，它不仅是最早出现的脊椎动物，也是恐龙的伴生动物中种类和数量最多的一类脊椎动物。
这是辽西出土的早白垩世似木贼。
这是辽西出土的早白垩世刘氏原白鲟化石。
这是四川内江市出土的晚侏罗世四川渝州鱼化石。
龟鳖类是一种古老的爬行动物，其形态迥异于其他动物，由于其体被坚硬的甲壳，具有良好的躲避敌害的能力，因而能够一直延续至今。
这是自贡出土的晚侏罗世汇东四川鳄。
这是四川内江出土的晚侏罗世沱江西蜀鳄。
在恐龙时代，陆地与水中均有自己的霸主，在一望无际的天空，也有属于自己王国的霸主，那就是翼龙。
珍品厅，向观众展示的都是一些极具科学价值、保存完整的国宝级的化石珍品，它们从一个侧面反映了“恐龙之乡”化石资源的丰厚“家底”，让人不能不深深感叹大自然对它的厚爱与恩赐。
这是自贡市仲权乡出土的四川巨棘龙皮肤化石，是在四川巨棘龙肩棘内侧保存的面积约400平方厘米的皮肤印模化石，是我国首例恐龙皮肤印模化石，也是世界上首例剑龙类皮肤印模化石。它的发现，对剑龙类恐龙的表皮结构和形态的研究具有特殊的重要价值。
这是自贡大山铺出土的李氏蜀龙头骨，李氏蜀龙是一种较原始的蜥脚类恐龙，生活在中侏罗世，是大山铺恐龙化石群中最典型的代表，其头骨高长适中，牙齿小而细长，略呈勺状，这是目前世界上保存最完整的蜥脚类恐龙头骨。
这是自贡市和平乡出土的和平永川龙头骨，和平永川龙是侏罗纪晚期（约1.5亿年前）的一种大型肉食性恐龙，其头骨低长而厚重，牙齿大而尖锐，呈匕首状。这个头骨长达104厘米，是目前世界上发现的最完整的大型肉食龙头骨。
这是大山铺出土的中侏罗世多齿灵龙化石。这个呈埋藏状态保存的小型鸟脚类恐龙，体长约1.4米，头小，吻短，上下颌牙齿数较多，牙齿叶状，后肢较长。该标本保存非常完整，包括一个完整的头骨。
此外，这里还有世界上首次发现的蜥脚类恐龙骨质尾锤化石、世界上首次发现的与骨架关联保存的剑龙类肩棘化石——四川巨棘龙肩棘化石、世界上保存最完整的蜥脚类恐龙头骨化石之一——东坡秀龙头骨以及世界上保存最完整的早期翼龙类头骨化石之一——长头狭鼻翼龙头骨等珍品。
恐龙再现厅，向人们展示了恐龙化石的形成、寻找、发掘过程，并展示了恐龙化石的修理、研究、复原、组装过程，通过观看这个过程，让人明白了恐龙世界厅那一条条栩栩如生的巨龙是如何 “站”起来的。
主馆旁边，是一座龙山。据说，在恐龙繁殖的季节，成群结队的恐龙经过长途跋涉，来到这个地势向阳、泉水奔涌、溪流潺潺的山坡地筑巢、产卵……伴着一群群小恐龙破壳而出，它们又开始返回原来生活的地方。
龙山后面，是恐龙生态园，这是利用现代高仿真技术，复原展示的恐龙生活场景。这些仿真恐龙能叫会动，形象逼真，它们被放置在不同的自然环境中，俨然组成了一幅幅史前恐龙生活的瑰丽画卷。
