Le sale del Museo Geopaleontologico sono ospitate all'ultimo piano del Castello Ducale, edificio sorto nel XI secolo e successivamente modificato più volte.

Il percorso museale si articola in tre sezioni: la “Sala della Conoscenza”, la “Sala dell'Aventino”, le “Sale Palena”. Nella prima sala i processi dinamici della Terra sono spiegati come propri di un organismo vivente. Si ripercorrono in parallelo la storia geologica e l’evoluzione della vita, testimoniate con fossili caratteristici.

Nella seconda sala sono illustrate la storia geologica e gli aspetti paleoambientali e paleontologici del territorio attraverso le rocce e i fossili che lo caratterizzano.

Il nucleo principale del Museo è rappresentato dalle "Sale Palena" dove sono esposti i reperti della “Collezione Di Carlo” provenienti dall’importante giacimento miocenico di Capo di Fiume. Qui si possono ammirare resti vegetali, pesci, molluschi, echinidi, crostacei, piume di uccelli e lo scheletro perfettamente conservato nella roccia di un piccolo mammifero lagomorfo oggi estinto, il prolago.

Nel settore "Geologiocando" i visitatori più piccoli del museo, possono attraverso il gioco, imparare processi geologici, riconoscere rocce e simulare uno scavo paleontologico. L’osservatorio geologico, l’osservatorio geofisico virtuale e il magazzino scientifico, completano la struttura museale.