本館の展示を語る上で欠かせないのが、世界的な古生物学界の宝ともいえる2大看板展示です。化石ファンのみならず、一般的な観光客をも圧倒するビジュアルと歴史的ロマンが詰まっています。
まず圧倒的な存在感を誇るのが、新生代第三紀に生息していた巨大サメ、カルカロドン・メガロドンの化石と復元模型です。館内には実物大とされる体長約12メートルの遊泳復元模型が頭上に展示されているほか、成人男性がすっぽりと直立して入れる巨大な顎骨復元模型が設置されています。埼玉県深谷市などで発見されたサメの歯化石群をもとに再現されたこの顎は、絶好のフォトスポットとしても絶大な人気を博しています。
そして、学術的に極めて高い価値を持つのが、謎の絶滅海生哺乳類パレオパラドキシアの化石です。秩父盆地から発見された完全度の高い骨格化石群は、国の天然記念物に指定されており、世界的にも類を見ない保存状態の良さを誇ります。海辺をカエルやアシカのように這っていたとされる独特の骨格構造は、かつて秩父一帯が豊かな海であった動かぬ証拠であり、生命進化のミステリーを目の当たりにできる貴重な機会を提供しています。
