Il Museo si trova all’ultimo piano di Palazzo Balbi ed è costituito da tre ampie sale collegate da un lungo corridoio. Nelle sale sono esposti circa 2000 fossili provenienti in gran parte dal bacino ligure-piemontese. Una sezione è dedicata all’origine e all’evoluzione dell’uomo con particolare riferimento alla Liguria.
E’ stata inoltre realizzata una vetrina dove sono ricostruiti in scala alcuni esemplari di dinosauri. Sono stati allestiti alcuni plastici che ricostruiscono il tipo di vita e di insediamento abitativo dei primi abitanti della vallata, così come è possibile desumerlo dai vari ritrovamenti.
Accanto alle sale espositive è stato creato un laboratorio didattico di preistoria, con sala conferenze e proiezioni