Музей экспозициясы өлкенің ежелгі тарихын баяндайтын палеонтология залынан басталады. Павлодар облысы палеонтология ескерткіштері бойынша Қазақстанда алдынғы қатарда тұр.

Павлодар Ертіс өңірінің өткені туралы таста ұлулардың,амонит және белемнит, ганоид балықтың қалған іздері, ежелгі өсімдіктердің таңбалары мәлімдейді. Гингко – көнезамандық, ашық тұқымды өсімдік, оны жиі тірі қазба деп атайды.Қазіргі кезде осы өсімдік қорғауда болуда.Көптеген экспонаттар келушілерге бұдан 150 млн. жыл бұрын облыс аймағын алып жатқан қалың нулепидодендрон ормандары мен папоротниктер, ал 70 млн. жылдар бұрын толқындаған теңіздер болғаны жайында баяндайды. Африка саванналары тәріздес далаға айналған жерлерде үш тұяқты гиппарион жылқылары жайылып жүрген, ал кейінірек мұз дәуірі кезеңінде олардың орнын мамонттар мен үлкен мүйізді бұғылар басқан.

Павлодар қаласының аумағында бүкіл әлемге белгілі бірегей палеонтология ескерткіші “Қаз қонақ” орналасқан. 1928 – 1930 жж. палеонтолог Ю.А.Орлов жүргізген қазба жұмыстарының нәтижесінде неоген кезеңіне жататын ежелгі жануарлардың көптеген сүйектері табылды. Оларға үш тұяқты гиппарион жылқысының, жирафтың, мүйізтұмсық хилотерийдің, бұғылар мен қорқау қасқыр, қылыштісті мысық – махайрод пен піл –трогонтерийдің сүйектері жатады. Келушілер осы жануарлардың сүйектерін экспозициядан көре алады. 

Ертіс өзенінің жағасынан табылған үлкен мүйізді бұғының қаңқасы музейдің мақтанышы болып саналады.Жыл сайын көктемгі су тасқыны кезінде өзен жарқабағынан мұз дәуірі кезеңінің жануарлары сүйектерінің қалдықтарын табуға болады, оларға жеке экспозиция арналған. Мұнда мамонттың, түкті мүйізтұмсықтың, үңгір аюы мен басқаларының сүйектері көрсетілген.