湖南省地质博物馆分为地球奥秘厅、地质矿产厅、地质环境厅、生命演化厅、矿物宝石厅、测绘地理信息厅等六大常设展厅，还有矿石林、青少年科学探索中心等辅助场所。
1、地球奥秘厅
新的地球奥秘厅首先空间面积比以前扩大了好几倍，所以所展陈的内容也比过去丰富了很多。从宇宙，到地球，再到我们的家乡湖南，会向人们展示一个系统全面的地球。其次运用模型设备、场景还原和声光电等手段，让知识也变得更加生动有趣。陈展内容包含最近几年人们很关注的月球与火星探测，地球上正在发生的一切地质作用，还有湖南这块陆地从形成到今天所有的地层标本等等。
2、地质矿产厅
系统全面的介绍了不同类型的“矿”是如何形成，它有什么用途，运用哪些手段可以找到他们，发现之后应该如何处理。我们湖南目前做的怎么样。
3、地质环境厅
地质环境厅主要包括三个方面的内容： 1、地质环境与人类;2、地质灾害;3、山明水秀(湖南特色的地质遗迹，地质公园)。在地质环境厅通过多媒体着重介绍张家界地貌、丹霞地貌、岩溶地貌三大地貌景观，当然我们还能通过展板、二维码了解到花岗岩地貌、第四纪冰川地貌等地貌美景。
4、生命演化厅
生命演化厅主要展示展品就是化石。化石就是一个个石化的生物。它们可以非常真实的告诉我们史前生物的样子。科学家们发现的化石非常多，在这个展览中，将演化历史划分成六个篇章，每一个篇章的展品都在讲一个演化阶段，比如生命的萌发、海洋生命的繁荣、生命的登陆、恐龙世界、哺乳动物的繁荣等。每个篇章都精心挑选了一些有代表性的化石展示出来，比如三叶虫、鹦鹉螺、珊瑚，还有各种古鱼类、植物、菊石、海百合、恐龙以及大熊猫、剑齿象等等。
5、测绘地理信息厅
展厅里收集整理了中国古代不同时期绘制的各类地图(复制品)，以及古代的测量工具(复制品)，大家可以看到我们中国古代的测绘智慧。还可以利用先进的现代测绘科技“天地图”来绘制一张自己的专属地图。可以通过新旧地形图、遥感影像地图的对比看到长沙城区的变迁过程。特别是我们的“智绘三湘”环幕影像沙盘，会不断向大家展示湖南测绘地理信息事业服务社会民生的成果。
6、矿物宝石厅
这个展厅中的宝贝可多啦，随便给你们点几样：有产出于湖南沅江重达13.58ct的宝石级钻石原石;有重达360g的自然金;有呈现出完美“鸽血红”色的红宝石项链耳坠套装;有来自蓝宝石著名产地斯里兰卡重达6.01ct的蓝宝石吊坠;有赞比亚“奶奶绿”祖母绿三件套套装;有直径达到1.7cm的南洋白珠、南洋金珠、大溪地海珠;有主石重达46.16ct的多色碧玺项链;有产自坦桑尼亚重13.15ct的坦桑石水滴吊坠…
