上海自然博物馆新馆分为起源之谜、生命长河、演化之道、大地探珍、缤纷生命、生态万象、生存智慧、人地之源、上海故事、未来之路，共10个展区。

上海自然博物馆新馆以“自然与人与和谐”为主题，构建了“自然与演化”、“生命与环境”、“人类与文明”三大内容版块，策划了“演化的乐章”、“生命的画卷”、“文明的史诗”三大展示主线。它陈列了来自七大洲的11000余件标本，其中珍稀物种标本近千件。

上海自然博物馆新馆的总建筑面积45086平方米，其中地上三层，高18米；地下三层，深15米。该建筑的整体灵感来源于鹦鹉螺的壳体形式，这个生物形式在地球上已持续存在几百万年，寓意着博物馆人“管理自然遗产、守护地球家园”的神圣使命。