Музей знакомит со строением Солнечной системы, астрофизическими явлениями, проходящими в космосе; происхождением планет, историей Земли, геологической историей Татарстана и палеонтологией региона. В экспозиции представлены физические приборы XIX века, раскрывающие историю освоения космического пространства; метеориты, коллекция драгоценных и полудрагоценных минералов, образцы нефти, скелеты древних рыб, ящеров, динозавров, мамонтов.