В зале экспонируются палеонтологические коллекции Сахалинского областного краеведческого музея: окаменелые раковины сахалинских аммонитов, двустворчатых моллюсков иноцерамов, брюхоногих моллюсков пателлогастропод, ископаемый лангуст, обитавшие 65-100 миллионов лет назад и вымершие в конце мелового периода, отпечатки палеогеновых растений и беспозвоночных животных, отпечатки древних неогеновых ракообразных, иглокожих (морских звезд и ежей), отпечатки скелетов неогеновых рыб (возраста около 15 миллионов лет), отпечатки листьев растений, образцы угля палеогенового и неогенового возрастов, образцы окаменелого дерева (возраста от 2 до 100 миллионов лет), ископаемые остатки скелета кита, найденные на Сахалине в 1986 году (возраста около 7 миллионов лет), окаменелые ребра сиреновой морской коровы, собранные в долине реки Лютоги (возраста около 5 миллионов лет), зуб мамонта, найденный на мелководье залива Анива (возраста более 41 тысячи лет) и другие палеонтологические находки.