上海博物馆新馆和曾经位于延安东路上的上海自然博物馆旧馆相比，在布展理念上几乎实现颠覆性变化——追求展品与参观者的零距离，上万余件珍贵标本在只有微弱保护甚至无保护的情况下直呈于参观者。很多标本不仅是真品，而且是孤品。新馆外立面上有一道通透、便于采光的“细胞墙”，把馆体照得敞亮通明。总面积逾4万平方的新馆设地上3层，地下2层，按“起源之谜”、“生命长河”、“体验自然”、“演化之道”等主题，共计10个展区。

整个陈列按低等到高等的顺序排列，反映生物演化的历程，以动物界各个门，各个纲，各个目的代表物种，并配有各种生态景箱环境，既科学展示了各种动物的基本特征，又形象反映了它们的栖息及其与人类的密切关系，其中许多为我国特产和一二级的保护动物。另外馆内还经常举办各种专题展览，动物标本制作和化石修复演示， 为广大观众提供多种服务。