上海自然博物館建筑的設計靈感來源于“螺”的殼體結構，盤旋而上的綠植屋面從公園內冉冉升起，靜動有致的建筑宛如一只“綠螺”。建筑秉承“以人為本”的設計理念，融合“山水花園”的設計風格，采用“自然生態”的設計手法。中心景觀區的160多種植物呈島狀分布，猶如“原始森林”一般，與五個大小不一的“水池”組成一座“山水花園”，繼承了傳統建筑文化。綠化屋面技術具有良好的隔熱保溫功能，年節電量可達24萬千瓦。“綠螺”還采用節能圍護結構、節能空調技術、太陽能綜合利用、高大公共空間氣流組織、自然光導光技術、雨水回收系統、生態節能集控管理平臺等七大系統，與整個建筑共同構成達到國家綠色建筑評價標識星級標準的“綠色生態建筑”。

　　上海自然博物館展出內容

　　該館基本陳列面積共5700平方米。陳列內容包括古動物史、人類發展史、動物和植物的進化史四大部分。

　　人類發展史

　　人類發展史陳列，用大量實物、模型、出土文物以及二、三百萬年前的前期猿人生活情況的景箱，揭示了人類的起源、人類社會的形成和發展。 古人類史陳列展品370件，展示了人是由古猿進化而來，人類社會是由猿群發展而來。

　　動物陳列室

　　動物陳列分設無脊椎動物、魚類、兩棲動物，爬行動物，鳥類和哺乳動物6個陳列廳。除了展出中國一級保護動物長臂猿、金絲猴、大熊貓、云豹、金錢豹、雪豹、虎、亞洲象、儒艮、野驢、梅花鹿、野牦牛、羚牛、野駱駝、褐馬雞、揚子鱷、白鱘等外，還有中國二級保護動物及野生已絕滅的麋鹿(即“四不像”)等許多珍禽異獸。此外，也展出許多外國著名動物，如非洲的獅子、長頸鹿、狒狒和黑猩猩，澳大利亞的鴨嘴獸、袋鼠和鴯鹋，美洲的獅子，日本的高腳蟹等等。

　　動植物進化室

　　動物和植物進化史主要是古尸的陳列和植物陳列。

　　古尸陳列室共陳列5具古尸，其中新疆樓蘭地區發掘的樓蘭女尸，據碳14測定，認為距 今3880±95年，是中國已知古尸中年代最早的一具。在中國歷代古尸陳列廳里，還展出有新疆的出土距今3000多年前的哈密古尸，以及唐、宋、明三朝古尸。

　　植物陳列室分序廳、植物進化廳和植物的改造與利用廳。內容包括原始的藻類，沒有葉綠素的真菌，菌藻共生的地衣，陸生維管植物的先軀──蕨類，陸生植物的一個旁枝──苔蘚，直到高等的秋子植物。沿著陳列線，一個個生態景箱的銜接，展示植物演化的進程。陳列廳的中央是一個巨大的石炭紀蕨類立體景箱，它再現了2億多年前地球上最早的沼澤森林，也是植物從水生到陸生后出現的第一批大森林。已經在地球上絕滅的鱗木、封印木等蕨類矗立于森林上層，無數草木蕨類覆蓋在沼澤濕地上。

　　著名展品

　　在古動物史陳列廳展出的180件展品中，最引人注目的是大廳中央的合川馬門溪龍和黃河古象：前者身長22米，肩高3.5米，體重幾十噸，發掘于重慶合川區太和鎮，為世界上最大的恐龍之一;后者體長8米，身高4米，一對門牙就有3米長，發掘于甘肅東部黃土高原，也是古獸中的龐然大物。此外，還有許氏祿豐龍、多棘沱江龍、魏氏準噶爾翼龍、恐龍蛋、恐龍腳印、玄武蛙、魚龍、雷獸、巨犀等古動物化石。

　　在中國歷代古尸陳列廳里，展出有新疆的出土距今3000多年前的哈密古尸，以及唐、宋、明三朝古尸。

　　珍稀動植物

　　動物陳列共有展品2757件，并配有生態景觀襯托。其中有2只國內首創的雷鳥和雪兔電動生態景 觀，展現動物體色能隨季節變化而變化的適應環境的保護作用。在陳列標本中，有大珠母貝、白鱘、大鯢、揚子鱷、棱皮龜、褐馬雞、東北虎、儒艮、白鰭豚等國家一、二級保護動物，其中有的還是中國特產動物;也有不少外國珍稀動物，如高腳蟹、極樂鳥、鼷鹿、美洲獅、鴯鹋、沙袋鼠等。

　　植物進化陳列共有展品323件，展示著最原始的植物藻類，沒有葉綠素的真菌，菌藻共生的地衣，陸生維管植物的先驅蕨類，陸生植物的一個旁支苔蘚，直到最高等的種子植物，是全國迄今為止較完整、較詳細地展示植物界在億萬年的歷史長河中的進化發展過程的陳列。

　　上海自然博物館自1958年5月舉辦《幾種上海常見的農林益害鳥》第一個專題展覽以來，共舉辦了84個不同內容的臨時和流動展覽。

　　擁有各類標本24萬件。其中有很高學術價值的模式標本100種計184件，如第一次采得的金頭閉殼龜、井岡脊蛇等;創國內新紀錄的標本(國外已采得，而國內則首次發現);國家一、二級保護生物標本;珍稀的古生物、礦物、古尸等標本，如原始牛宿縣亞種、哈密古尸、北京猿人第一個頭蓋骨首批模型(頭蓋骨標本已遺失);極為珍稀的外國標本，如有“活化石”之稱的矛尾魚、楔齒蜥，在論述動物進化上有重大意義的鴨嘴獸等。上海自然博物館還藏有各文種圖書66352冊、期刊10047冊，合計76399冊。

　　獲得標本

　　上海自然博物館有豐富的館藏標本和圖書資料。除了接收原英國人辦的亞洲文會上海博物館標本，法國人辦的震旦博物院的部分自然標本外，主要通過采集、收購、贈送、交換等途徑獲得各類自然標本。到1985年，館藏各類標本有20余萬件，其中動物標本6.2萬多件，植物標本13.5萬多件，古生物標本1700多件，新舊石器標本700多件、礦物與巖石標本1700多件。在這些標本中，有一定數量的模式標本和國內第一次發現的新記錄標本。有中國特有的和世界著名的珍稀生物標本，有6億年前的化石。該館還藏有供科學研究和科學教育用的中、外文各類專業圖書資料6萬余冊。