宇宙与地球厅位于博物馆一层，主要向大家展示宇宙的起源和地球的圈层结构及地球的内、外动力地质作用等科学知识，展出模型35 件，图片53 幅。

一进本厅， 展现在您面前的是长2.5m、宽1.5m 介绍宇宙起源的投影大屏幕。北侧依次展示太阳及八大行星的动态模型，介绍地球与月球的视频电视。接下来布设的是内含航天器、极光现象的大气圈壁画、模拟龙卷风窗口、水圈循环电子图板、岩石圈花岗岩、玄武岩、大理岩等以及生物圈猛犸象象牙门齿（长约3m）、大个体三叶虫、中华鲟等化石的典型标本及相关图板。

展厅正中央布置的是地球内部圈层结构区，设立了一个地球内部结构剖面模型，旁边墙壁挂立相关图板，分别用红、橙、黄三种颜色代表地壳、地幔、地核区。紧挨这个展区则分别介绍了地球内动力地质作用的几种常见自然现象褶皱、断层、火山、地震、海啸的模型、图板及视频电视，进而展出了探讨山脉形成的立体模型，直观而形象。此外，还展出介绍大陆漂移等地质学说图板，布置单独介绍地球地质演化和人类文明进程简图的圆形视频电视展区。

本厅的南侧通过电子触摸屏、实物、模型、图板等展示手段，主要介绍了地球外动力地质作用河流、风、冰川、海洋和地下水对地球外貌的雕刻与塑造（风蚀蘑菇、溶洞、冰川、河谷、沙漠等）作用的科学知识。

在本厅出口，展出了本校杜汝霖教授（2001年荣获第七次李四光地质科学奖）的科教成果，他在前寒武纪地层和古生物方面的研究为全中国乃至全人类作出了贡献，并在二层展厅入口展出了2001年温家宝总理亲自为杜老师颁发的李四光地质科学奖照片。