国家动物博物馆共分九个展厅：
（一）昆虫分馆、昆虫厅与蝴蝶厅；
（二）无脊椎动物分馆与无脊椎动物厅；
（三）鱼类两爬分馆；
（四）动物与人类厅鸟类分馆；
（五）鸟类厅；
（六）兽类分馆；
（七）濒危动物厅；
（八）数字化分馆；
（九）动物多样性与进化厅。
展厅共展示珍稀动物标本5千余种，分为科学知识展示、动物标本展示和生态景窗展示，通过声、展示灯光、舞台灯光、紫外光、电、多媒体、动物标本实物、图片文字、生态环境重现和视屏手段，把动物学知识有机的贯穿现在整个展示过程中。 北京动物博物馆动物所新园区建设工程于2003年10月动工，2004年8月主体结构完工。2004年10月，北京市“结构长城杯”评选小组对北京第五建筑工程公司承建的动物所科研楼、标本馆工程以及中国建筑第八工程局承建的动物所标本展示馆工程的施工质量进行了全面检查，北京第五建筑工程公司承建的科研楼、标本馆工程荣获“结构长城杯”验收五个精品获得金奖。中建八局承建的标本展示馆工程荣获北京市“结构长城杯”四个精品，一个优良获得银奖。2005年11月，北京市建委将“结构长城杯”的金奖奖杯及证书分别颁发给北京第五建筑工程公司和中国建筑第八工程局，北京市“结构长城杯”金奖是北京市建筑结构质量的最高奖项。
在搬家之后，动物所的工作环境得到很大的改善，吸引了更多、更好的科学家来动物所工作。动物所以此为契机，结合国家目标及科学院中长期发展规划取得更大的成果、做出更大的贡献。
国家动物博物馆突出生物多样性和人与自然和谐发展的主题。以科学传播为主，突出研究所的特色。博物馆考虑一部分空间作为流动展区。动物博物馆布展工作是一项精心的工作，动物所努力把这项工作做好。北郊科学园区的成立，将有利于平台和资源共享，必将推动中国科学院创新三期工作的进一步开展。
2008年奥运会期间，经过中科院专家组考察和筛选，由福州恒达教育装备工程有限公司制作的600只动物标本，被国家动物博物馆选入，在京展出，向国内外宾客开放。福建省入选的600只动物标本，均采用先进的制作工艺，尤其在义眼研发、皮张鞣制、假体模型等方面，取得重大突破，促进了福建省动物标本制作技术水平的整体提高。
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