우석헌자연사박물관은 지구환경 관련 유물을 수집ㆍ보존ㆍ전시하여 생명의 역사를 교육하기 위해 설립된 지질 전문 자연사박물관이다. 1988년에 설립된 남산타워 수석ㆍ광물전시관을 모체로 하여 2003년 12월에 지금의 장소로 이전하여 ‘우석헌’을 개관하는 데 이어 2008년 3월에 박물관 명칭을 ‘우석헌자연사박물관’으로 바꾸었다. 소장품으로는 고ㆍ중ㆍ신생대를 대표하는 표준 화석, 공룡의 골격화석과 공룡 DNA를 추출하는 데 사용된 초기 단계의 공룡태아화석 등 진본 희귀 유물들을 포함하여 12만여 점을 소장하고 있다.
전시실은 상설전시실, 기획전시실, 야외전시실로 이루어져 있다. 상설전시실에는 지구의 역사를 보여주는 2,700여 점 정도의 화석, 암석, 광물 등이 전시되어 있는데, 주기적으로 유물을 교체한다. 이 전시실은 관람자가 다양한 각도에서 유물을 관찰할 수 있도록 전면을 개방하는 전시 방식을 취하고 있으며, 실질적 체험 학습을 위해 매머드의 엄니화석을 비롯하여 공룡의 알 화석 등을 직접 만져 볼 수 있는 기회를 제공하고 있다.
기획전시실은 매해 1∼2회의 기획전이 열리는 공간이며, 야외 전시실은 공룡 모형으로 꾸며져 있다. 또한 국내 최초로 수장고를 개방하여 관람객들이 전면 유리를 통해 250여 평의 수장고에 보관된 표본들을 살펴볼 수 있다.
박물관은 유물에 대한 능동적인 접근과 자발적인 의미생산을 돕는 ‘뮤지엄 사파리’ 프로그램을 상시적으로 운영하고 있다. 여름방학 시기에 청소년을 대상으로 한 주니어 큐레이터 인턴십 과정, 생물다양성에 대한 이해를 높이기 위해 대중을 모집하여 생태조사에 참여시키는 에코스카우트 프로그램 외에도 과학교사 대상의 연수 프로그램을 운영하고 있다. 그 외에 지역생태 조사와 화석발굴작업을 다양하게 펼치고 있고 그 결과물을 특별기획전을 통해 선보이기도 한다.