일반인들에게 생소한 분야인 화석에 접할 기회를 제공하고, 어린이들에게 산 교육장의 역할을 할 수 있도록 박물관을 열게 되었다. 더불어 문화적으로 낙후된 지역의 주민들과 소외된 이들에게 문화를 향유할 수 있는 기회를 제공하고자 한다.
1996년 4월 1일에 일반인에게 첫 선을 보이고, 1996년 6월 26일에 정식 개관하였다. 1996년 8월 14일에는 문화체육부에 제1종 전문박물관으로 등록이 되었다. 2008년 4월 1일에는 경주세계문화엑스포 단지 내에 세계화석박물관을 개관하였고, 2009년 12월 28일에는 호미곶면에 위치한 새천년기념관 내 포항바다화석박물관을 개관하였다.
3,546㎡대지에 지상 3층 건물로 그 중 2층과 3층이 전시실이다. 전시실에는 약 3,500여점의 소장품이 시대별, 지역별 등으로 분류 전시되어 있어 화석에 대한 지식을 체계적으로 학습할 수 있다. 3층 제1전시실에는 화석의 정의와 표준화석, 시상화석들이 전시되어 있고, 지구의 탄생(46억 년 전)과 생물의 발생을 짐작케 하는 운석과 스트로마톨라이트(약 35억 년 전에 최초로 출현한 남조세균)가 전시되어 있다. 지질시대별로는 고생대의 표준화석인 삼엽충, 바다나리, 고사리화석들이 있고, 중생대에는 표준화석인 암모나이트, 공룡알, 그리고 공룡뼈 화석이, 신생대에는 표준화석인 매머드의 이빨 화석을 비롯한 각종 수생생물과 물고기와 곤충들의 화석들이 전시되어 있다. 이밖에 강원도 고생대 발굴화석과 포항·경주지역 신생대 발굴화석을 볼 수 있다. 3층 내에 야외 전시관에는 세계의 규화목 화석들이 전시 되어 있다. 그리고 같은 층에 체험교육실이 있어 체험교육과 관람이 동시에 이루어질 수 있도록 하였다.
2층 제2전시실인 식물테마관에는 열대성 소나무인 아로카리아의 줄기와 열매를 비롯한 규화목과 고사리 나무의 화석 등의 지질시대별 식물들을 살펴볼 수 있다. 기획전시관에는 중국의 화폐 및 각국의 화폐와 수석들의 전시를 볼 수 있다.
일반인들이 지질학적 지식을 쉽게 습득할 수 있도록 저변화하고, 어린이들과 청소년들에게는 자연과학분야를 직접 보고 배우게 함으로써 지질학에 쉽게 접근할 수 있도록 하였다. 또한 교육프로그램을 진행해 문화 향유 기회가 적었던 영덕과 인근의 포항 지역민들에게 문화체험 기회를 제공하고 있다.