Phòng Tiến hóa sinh giới, thuộc Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam (18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội) trưng bày hàng nghìn mẫu hóa thạch, đá, khoáng sản… được lựa chọn từ nhiều vùng khác nhau trên lãnh thổ Việt Nam và một số nước trên thế giới. Các mẫu đá và khoáng sản được xác nhận có niên đại từ 2.936 triệu năm đến 541 triệu năm, liên quan đến quá trình hoạt động magma, trầm tích, biến chất mạnh mẽ nhất và cổ nhất trên lãnh thổ Việt Nam ở địa khu Hoàng Liên Sơn, Tây Bắc Việt Nam. Các mẫu hóa thạch là những trang sử đá, minh họa lịch sử tiến hóa của sự sống trên trái đất qua các niên đại địa chất từ 600 triệu năm đến ngày nay. Mỗi mẫu hóa thạch đều mang dấu ấn riêng về quá trình hình thành, phát tỏa và tuyệt diệt trong dãy tiến hóa sinh giới; về điều kiện cổ địa lý; về điều kiện cổ môi trường và bối cảnh cổ kiến tạo của thời kỳ xuất hiện, phát tỏa và tuyệt diệt của nó trên trái đất.

Quần thể san hô 4 tia có tên khoa học Nipponophyllum nikolaevae Khoa. Đây là loài bản địa lần đầu tiên được tiến sĩ Nguyễn Đức Khoa xác lập năm 1996 nhưng chưa công bố. Hóa thạch được sưu tập trong tầng đá vôi ám tiêu thuộc phần dưới của hệ tầng Kiến An, có “tuổi thọ” 427- 423 triệu năm.

Mẫu sứa cổ V2 có tên khoa học Cyclomedusa davidi do Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên London cung cấp. Loài sứa cổ này được mô tả lần đầu trong các trầm tích của kỷ Edicaran (635-541 triệu năm) ở vùng Edicaran, phía Nam Australia, thuộc hệ động vật Ediacaran. Loài này cũng được phát hiện ở vùng Ackhangen, trên bờ Biển Trắng (Bắc Băng Dương) của khu vực Tây Bắc Liên bang Nga; trong trầm tích của kỷ Vendi, thuộc hệ động vật Vendi; có niên đại 605-543 triệu năm.   

Bột kết chứa quặng apatit loại 1 có hàm lượng P2O5 từ 34-36%; được sưu tập trong phần giữa của của hệ tầng Cam Đường, tại mặt cắt Ngòi Đum, mỏ apatit Cam Đường (Lào Cai); ghi nhận tuổi sớm nhất của kỷ Cambri sớm, có niên đại từ 541 triệu năm trở về trước.   

Bọ ba thùy Vietnamia douvillei (Mansuy), thuộc ngành Chân khớp (Arthropoda), lớp Bọ ba thùy (Trilobita). Các đại biểu của lớp Bọ ba thùy đã tuyệt diệt cách ngày nay 250 triệu năm. Các trầm tích chứa Bọ ba thùy Vietnamia douvillei(Mansuy) lộ ra ở vùng Nà Mọ được xếp vào hệ tầng Nà Mọ có niên đại 470-443 triệu năm, dựa trên các di tích Bọ ba thùy và hóa thạch Tay cuộn. Hóa thạch này được sưu tầm năm 2008.

Mẫu Cúc đá (Ammonoidea) có tên khoa học Dumortieria lantenoisi (Mansuy), thuộc ngành Thân mềm (Mollusca), lớp Chân đầu (Cephalopoda), phụ lớp Cúc đá (Ammonoidea). Đây là loài bản địa được phát hiện và mô tả ở vùng đập thủy điện Trị An, tỉnh Đồng Nai. đặc trưng cho các trầm tích tướng biển bậc Toar (182,7-174,1 TRN). Mẫu được mua lại từ bộ sưu tập cá nhân của ông Hoàng Thành, trú tại TP Buôn Ma Thuột, tỉnh Đăk Lăk vào năm 2010.   

Mẫu gỗ hóa thạch chưa được phân định loại. Đối sánh với vị trí địa tầng chứa hóa thạch gỗ silic hóa của hệ tầng Thọ Lâm ở tỉnh Quảng Nam với các hóa thạch gỗ silic trong hệ tầng Ea Súp ở Đăk Lăk; có thể giả định các hóa thạch gỗ đang trưng bày ở Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam có tuổi Jura giữa, khoảng 174,1-163,5 triệu năm. Mẫu gỗ hóa thạch này bị silic hóa được mua lại từ bô sưu tập cá nhân của ông Hoàng Thành, trú tại TP Buôn Ma Thuột (Đăk Lăk) năm 2010. Theo sổ ghi lại, ông Thành mua lại của người dân ở xã Ea Đá, huyện Krông Năng, tỉnh Đăk Lăk.

Mẫu hóa thạch thực vật họ Sen, được sưu tập trong đá phiến sét đen, tướng đầm lầy của hệ tầng Na Dương ở vùng mỏ than nâu Na Dương, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn. Tuổi của hệ tầng chứa than nâu Na Dương là một vấn đề tranh cãi chưa có hồi kết thúc. Dựa vào tài liệu hóa thạch thực vật lá, các nhà nghiên cứu trước đây cho rằng, các thành tạo chứa than nâu có tuổi Miocen 23-5,3 triệu năm thuộc kỷ Neogen.

Cá mặt trăng hay còn gọi là cá mặt trời, có tên khoa học là Mola mola (Linnaeus, 1758), thuộc họ Cá mặt trăng (Molidae) trong bộ Cá nóc (Tetraodontiformes). Đây là loài cá biển cỡ lớn, có máu nóng đầu tiên trên thế giới, có màu sắc sặc sỡ, thân ngắn, sống ngoài đại dương. Cá mặt trăng sống ở tầng mặt, phân bố rộng trên toàn thế giới, trong vùng nhiệt đới và các vùng biển ấm. Loài này có thân hình lớn nên có giá trị kinh tế cao, dễ bị phát hiện và bị sắn bắt. Do hình dạng độc đáo và ít gặp nên cá mặt trăng cũng là hiện vật qúy và hấp dẫn trong các bảo tàng động vật biển. Loài này có trong sách đỏ Việt Nam năm 2007. Ở Việt Nam, cá mặt trăng được ghi nhận có ở vịnh Bắc Bộ (khu vực đảo Bạch Long Vĩ). Ngoài ra, thời gian gần đây, ngư dân ở Nghệ An đã bắt được một con cá mặt trăng khoảng 500 kgvà chuyển cho Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam bảo quản, phục vụ nghiên cứu, trưng bày.