Skvostem sbírky je 29 500 let stará a pouhých jedenáct centimetrů vysoká „Willendorfská Venuše", objevená v roce 1908 v dolnorakouském Wachau. Toto mistrovské dílo dokládající úroveň plastiky ve starší době kamenné se řadí k celosvětově nejznámějším archeologickým nálezům, přičemž je, jak se sluší a patří, vystaveno v takzvaném „Venušině kabinetu" vedle 36 000 let staré sošky ze Stratzingu ("Fanny"). Hned vedle se nachází veřejná expozice období pravěku, nově otevřená v roce 2015, a Zlatý kabinet s exponáty pocházejícími z celkem pěti tisíciletí.

V digitálním planetáriu s vnitřní kupolí o průměru cca 8,5 metru a s nejmodernější fulldome technikou (vybavení pro projekci obrazu na vnitřní půlkulovou plochu), jsou několikrát za den nabízeny živé projekce k nejrůznějším tématům z oblastí astronomie, biologie, dějin pravěku nebo podmořských světů.

Sál dinosaurů nabízí vedle koster a fosilií těchto obřích pravěkých zvířat rovněž velmi realisticky působící model alosaura, který je nejen pohyblivý, ale vydává i hrůzostrašný řev. Tento model byl pro Přírodovědné muzeum navržen a postaven na základě nejnovějších vědeckých poznatků. Impozantní stálou výstavu doplňuje celosvětově první oživlý model nelétavého pravěkého ptáka phorusrhaca, tzv. hrůzoptáka, v původní velikosti a několik nových exponátů fascinující lebky rohatého dinosaura.

Za vidění jistě stojí i největší a nejstarší sbírka meteoritů na světě vystavená v sále meteoritů. Obdivovat zde můžete celkem 1100 kamenů, které „spadly z nebe". Za pomoci simulátoru si zde navíc můžete na obrazovce prohlédnout trojrozměrnou simulaci dopadu mohutného meteoritu na zemský povrch.

A navštívíte-li v rámci prohlídky střechu Přírodovědného muzea, čeká Vás jedinečný pohled na vídeňské Staré město a okružní bulvár Ringstraße (termíny prohlídek jsou uvedeny na webových stránkách muzea).