博物馆共分为“熊猫前传”“竹林隐士”“发现熊猫”“濒危年代”“保护之路”“生态家园”“创享未来”七大展区，通过互动体验、场景复原、沉浸式游览等方式，让公众在参观、娱乐的同时了解大熊猫等珍稀动物的生存现状，激发环境保护及动物保护意识、启迪科学探索精神、提高公众科学素养。
第一展区“熊猫前传”讲述了大熊猫最早出现在什么年代，那时的大熊猫和现在的大熊猫的区别，以及大熊猫为什么被称为“活化石”。
这里还有很多互动装置，以及“考古研究室”的考古沙坑、化石扫描台和大熊猫骨架展示，主要以儿童、青少年为受众，为他们提供主动学习的场所，激发探索大熊猫的兴趣。
第二展区“竹林隐士”讲述了大熊猫在经过无数物竞天择后，选择了退出食肉者行列，成为专吃竹子的素食者，成为“与世无争”的“竹林隐士”。
第三展区“发现熊猫”讲述了大熊猫从被科学发现到走出国门、享誉世界，以及中外科学家们对保护大熊猫所做出的的贡献。这里还复原了邓池沟教堂、五一棚科考小屋，展示了大量野外科考的真实用具。第四展区“濒危年代”讲述了随着偷猎、人口增长以及栖息地面积减少和碎片化，大熊猫也经历了一场前所未有的浩劫，种群数量大幅度下降，生存现状引起了人们的深切忧虑和