Museets udstillingsareal er placeret på 5. og 6. sal i den modernistiske bygning fra sidst i 60'erne. De underliggende etager rummer enorme samlinger af skeletter og udstoppede dyr, som bliver brugt i den zoologiske forskning under Københavns Universitet. Der er ikke offentlig adgang til magasinerne.  

På 5. sal vises den faste udstilling Danmarks Dyreverden, der gennem en række dioramaer (opsætninger af udstoppede dyr placeret i naturtro og biologiske korrekte omgivelser) viser den danske dyreverden. Området mellem museumsbutikken og caféen rummer skiftende særudstillinger.

6. salen rummer udstillingen Fra pol til pol, der fører gæsterne gennem alverdens dyr og klimabælter - fra moskusokserne i Nordøstgrønland til pingvinerne ved Antarktis.
På 6. sal finder man også bygningens største lokale - Oceanhallen - hvor der er ophængt skeletter af oceanernes store hvaler.

Museet er indrettet sidst i 60'erne i en Verner Panton-inspireret stil, og det kan godt virke lidt slidt rundt omkring, men museet moderniserer løbende udstillingerne, og meget af det originale design er rigtig flot. Som for eksempel den imponerende oceanhal, der er et af byens flotteste eksempler på indretning fra sen-60'erne.

På Zoologisk Museum gør man meget for at også de yngre gæster skal få lyst til at komme igen og igen. Der arrangeres opgaveforløb til både de læsende og de endnu ikke læsende børn, som bringer dem vidt omkring på museet. Forløbet afsluttes hos en af de mange kustoder, som gennemgår og diskuterer opgaven med hver enkelt. Pædagogisk og ganske aflastende for forældre. Fra fredag den 5. februar kan du se udstillingen »Evolution«, en hyldest til Darwin i anledning af 200 året for Darwins fødsel.  

Samlingerne går tilbage til 20.000 år før vores tidsregning, så det er også muligt at se skeletter af forhistoriske skabninger fra den danske natur. Hvis man vil se endnu ældre dyr, så har Geologisk Museum en lille samling af forsteninger af dinosaurer, og hvis du er interesseret i levende dyr, så skal du besøge Zoologisk Have.