１階展示室に一歩足を踏み入れると、全長5.5mのマッコウクジラの全身骨格化石と天井から吊るされた全長8.4mの現生ミンククジラ(８歳)の骨格標本が圧倒的な迫力で迎えてくれます。
また、長野県の天然記念物のシナノアロデスムス、平成26年（2014）に新種として記載されたシガウスバハギ（カワハギ科）、巨大な海獣の陰茎骨、世界最古といわれるナガスクジラの頭蓋骨、イルカの進化に一石を投じた頭蓋骨などを展示しています。いずれも世界の研究者が研究の基準とするホロタイプの標本です。このような海生哺乳類化石の他に、魚類、貝類など、北部フォッサマグナ地域に産出した化石を展示しています。山国信州が太古の海だったことを証明する大変貴重な化石がそろっています。
