地理位置
該館是一座由我國著名建築學家楊廷寶教授設計，著名地質學家和古生物學家李四光教授主持建造的歇山頂中國古典式建築。高高的石階上，標本館大樓莊重而典雅：寶藍色的琉璃瓦大屋頂閃閃發亮，門前的亭軒雕樑畫棟，古色古香。大樓四周翠柏環抱，芳草如茵，百花爭艷，鳥雀啼鳴。這裡曾是前國立中央研究院地質研究所辦公樓，也是原李四光辦公室所在地，70年前的建築風貌至今仍完好保存。歷史發展
該館前身是中央研究院地質研究所標本室。1951年，中科院古生物研究所（後改名為中科院南京地質古生物研究所）成立後，標本室逐步發展為現今的南京古生物所標本館。由李四光任首任所長的南京古生物所是我國從事古生物學和地層學研究的專業機構，重點研究領域為：古生物的系統分類與演化；生物的發生、發展、分布、絕滅和復甦的規律；地質歷史上生物圈、大氣圈、水圈、岩石圈的關係；地層的劃分對比和地質年代的確定；古生態系統的演替和古生態、古環境、古地理的綜合研究；全球地層界線層型的確定；沉積學和沉積礦產研究；分子古生物學等。40多年來，該所在國內古生物學、生物地層學等諸多學科領域的發展中起到了奠基與開拓作用，取得了許多舉世矚目的科研成果。同時也在為石油、天然氣、煤、鐵、磷等能源與沉積礦產的地質勘探提供科學依據方面取得重大成果，被譽為世界三大古生物學研究中心之一。這個研究所各項成果積累的古生物標本成為標本館的主要收藏。館內功能
南京古生物所標本館是集研究性收藏與科普性展覽於一身的標本館。館內收藏有近70年來古生物學家採集研究的20餘萬件化石標本，館內開辦的生物化石展覽受到廣大民眾的喜愛，被確定為南京市中國小校外科技教育基地。標本館的無脊椎動物化石及植物化石以門類齊全、種類繁多、科學價值高而馳名中外。現存的20多萬件標本囊括了南京古生物所研究的門類，有孔蟲、放射蟲、三葉蟲、珊瑚、介形類、海綿、層孔蟲、苔蘚蟲、腹是類、頭足類、筆石、昆蟲等無脊椎動物化石和孢子花粉、藻類、超微鈣藻、宏體植物等植物化石共約50個古生物門類，其中模式標本近15萬件，古動物標本約13萬件，古植物標本約2萬件。此外尚有教學用標本、展覽標本、待研究標本等5萬餘件。館內還收藏有我國著名學者李四光、孫雲鑄、斯行健等20多位早期地質古生物學家和美國、日本、瑞典等國家學者如葛利普、赫勒、遠滕隆次等採集研究的標本9千多件，年代最早的為1922年葛利普的頭足類標本和1923年李四光的有孔蟲標本。近年，館內收藏的引起國際古生物學界轟動、被認為是鳥類祖先的帶毛的恐龍化石——美頜龍和作為鳥類演化重要資料而倍受矚目的孔子鳥化石都是十分珍稀的古生物標本。豐富的館藏為地質古生物學家提供了良好的研究條件，至1997年，40餘年來，有30多個國家和地區的學者來館查閱標本達上萬件次。
標本館設有2個展廳，共200多平方米。其中專業性展廳自70年代開始展覽。展品按生物門類排列，起初供國內外學者參觀交流，後也對社會開放。另一科普性展廳自1993年起舉辦《史前生物展》，向廣大民眾和青少年普及地質、古生物知識。展廳中常年展出的展品有近3千件化石標本，概略反映了生物進化的漫長曆程。展品按地質年代和生物演化序列依次排列，主要內容有：前寒武紀距今17～6億年間的巨觀藻類和疊層石化石，寒武紀至第四紀顯生宙5億多年間的原生動物、腕足動物、節肢動物、軟體動物、腔腸動物、苔蘚動物、棘皮動物等無脊椎動物和魚類、鳥類、兩棲類、爬行類、哺乳類等脊椎動物化石以及藻類、植物化石和部分礦物標本。
展廳猶如豐富多彩的史前世界。在這裡，人們可以看到種類繁多、構造複雜的三葉蟲；形如石筍的直角石和宛如喇叭的喇叭角石；形態各異的鹿角珊瑚、扁腦珊瑚、日射珊瑚、拖鞋珊瑚；婀娜多姿的海百合和美麗的海星、海膽；頭尾完整的貴州龍；姿態生動的大塊群魚化石；變成紅瑪瑙的貝殼；6千多萬年前的蟬、蜘蛛、蜻蜓、青蛙和螃蟹以及保存完好的古銀杏、水杉、梧桐和成為矽化木的樹幹等植物化石。在眾多的展品中，還有一塊被磨成光滑的鎮紙石，上面有宋代著名詩人和書法家黃庭堅題刻詩文的頭足類動物化古——中華震旦角石，可謂是既有科學價值又有文化價值的稀世珍品。尤為引人注目的是展廳中央巨大完整的恐龍骨架、恐龍腳印和大型恐龍蛋（一窩12個）以及骨胳完好、羽毛清晰、可與德國始祖鳥媲美的孔子鳥化石。展廳中還有寒武紀早期生命大爆發的實證——雲南澄江化石群和以湯山南京猿人的發現為專題的部分化石標本，並配有巨幅彩色生物景觀圖和各種模型。通過參觀，人們可以了解生命從最簡單的蛋白體到原核單細胞生物、多細胞生物直到今天瑰麗多彩的生物界所經歷的曲折進化過程和地球的滄桑巨變。產於南極屬暖溫帶——亞熱帶類型的植物化石反映了南極大陸曾由赤道附近漂移過去的事實；采自珠峰地區的海洋生物化石和原產於低緯度的植物化石則是青藏高原從海底隆起的見證。隨著大陸板塊漂移模型的演示，可以目睹5億多年前中華大地在南半球，爾後才逐漸漂移到現在的位置；采自5.3億年前古老地層中的澄江化石群中大量保存了生物軟體構造的複雜多細胞生物化石，可見腸胃、口器等消化器官和食物殘餘，令人嘆為觀止。
展覽為人們了解生命起源和地球變遷，探索生物進化的奧秘提供了翔實的資料，對拓寬學生知識面、輔助教學、弘揚科學思想、激勵勇攀科技高峰的精神亦大有裨益，所以該館被選定為南京市中國小校課外科技教學基地，在江蘇每年一度的科普宣傳周活動中，該館被評為科普教育先進單位。
該館對社會開放以來，數以萬計的青少年學生、各界人士、中外名人參觀展品，國家科委、中國科學院和江蘇省、南京市的部分領導以及港澳同胞和20多個國家、地區的學者也曾前來參觀，他們對展覽表示了濃厚的興趣。世界著名物理學家吳健雄、袁家騮夫婦參觀後興筆題詞：“稀有珍藏，一飽眼福。”一位小學生在留言簿上寫道：“這裡的化石真有趣，我長大了就幹這一行!”
此外，部分展品曾赴台灣、香港以及日本、韓國等地展出，均受到當地觀眾的熱烈歡迎，引起巨大的反響。
目前，南京地質古生物研究所正在積極籌集資金，爭取在中科院及國家其他單位和江蘇省、南京市政府的支持下早日建一座集科研、收藏、展出、科普教育和娛樂於一身的多功能古生物博物館，以現代化的手段保存化石標本，並將繽紛多彩的史前生物世界更生動地展現在人們面前。
