上海自然博物館の展示は「自然?人?調和」をテーマとし、「進化」を主軸とし、「過程」、「現象」、「メカニズム」、「文化」を切り口に、「進化の楽章」、「生命の絵巻」、「文明の史詩」という三つのテーマのもとに、十ヶ所の常設テーマ展示エリアを設け、自然界における縦横に交錯し、相互に依存する様々な関係を語る。
「進化の楽章」は自然界の壮大で波瀾万丈な進化の過程をたどり、宇宙と地球の由来及び生命進化の過程における大事件を再現し、生命進化の内在メカニズムを分析する。
「生命の絵巻」は、観客を絢爛多彩な生命の世界へと導き、自然界の不思議さと美しさを味わってもらうとともに、各種の生物が生存と繁殖のため、様々な関係に基づいた「知恵」を生み出したことを理解してもらう。
「文明の史詩」は人類文明の栄枯盛衰の歴史を振り返り、人類文明の起源、発展、盛衰の過程における自然環境との依存関係を語り、文化の多様性と環境の多様性との密接な関係を伝える。文明発展の各段階における人類と自然環境との「衝突と調和」を観客に認識してもらい、自然を認識?尊重し、自然と調和しながら共生することは、人類と人類文明の持続可能な発展の前提であることを理解してもらう。