根據展覽面積，上海地質科學館分為八個展館:地圖館、地球結構館、礦物巖石館、古生物館、地質地貌館、國土資源館、寶石館和關懷館。Mapparium是博物館的序廳，展示了地球在太陽系中的空間位置和地球的特殊地理位置。遊客可以看到從天而降的隕石和來自南極、北極、喜馬拉雅山頂和海底的巖石。地球結構系從宏觀和微觀兩個層面介紹地球和地殼運動。通過地球結構和地殼運動的發展演化歷史，讓參觀者在不經意間了解地殼運動的時空關系。礦物與巖石系介紹構成地球的基本物質元素、礦物與巖石的關系，包括礦物的分類、巖石的分類、我國優勢礦產資源和礦物鑒定知識。古生物系通過實物標本的展示，從原始生命、生物大爆炸、恐龍時代、人類出現，再現了劃時代的生命時代；地質地貌系介紹地表水、地下水、風、冰川、波浪等外部地質作用的類型，以及峽谷、喀斯特地貌、沙漠、戈壁、黃土、冰川、海崖等基本地貌的成因。，並通過互動展示為觀眾提供從不同角度觀看自然景觀的機會；國土資源部從上海地質環境演變而來，闡釋了近代上海地質環境的獨特性和脆弱性，通過上海面臨的地質環境危機，激發觀眾珍惜地質資源、保護地質環境的意識；寶石館展出了寶石的原始狀態，讓參觀者不僅可以驚嘆寶石的瑰麗，還可以了解寶石的生長條件和環境，各種寶石的特點和起源，以及真假寶石的鑒別。關愛廳呈現了許多中央和地方黨政領導對地球環境和地質資源熱情關懷的感人鏡頭，歷史再現了政府重視環境保護和地質保護的積極態度和實際行動。