L'esposizione del Museo si articola su tre piani. A piano terra si trova il famoso e rarissimo fossile di Ittiosauro; rinvenuto a Camponocecchio da un ricercatore locale il 20 luglio 1976 durante i lavori per la realizzazione di una galleria lungo la strada statale 76 a 9 km da Genga, mostra il più grande animale vissuto nell'ambiente marino che dominava l'attuale area umbro-marchigiana durante il Giurassico finale, circa 150 milioni di anni fa. Altri fossili, materiale paleontologico, sezioni stratigrafiche e lo scheletro di un orso bruno completano il percorso di visita.
Nel piano sotterraneo è illustrato il fenomeno del carsismo e della formazione delle Grotte di Frasassi. Al primo piano si trova infine la sezione archeologica, che ospita soprattutto le preziose urne cinerarie della necropoli di Pianello di Genga, reperti preistorici, piceni, gallici e un teschio, il più antico reperto umano rinvenuto nelle Marche.