大鹏地质博物馆是公园的核心部分，建设面积8104平方米，外形别致，外墙采用干挂石材幕墙和玻璃幕墙，石材色彩与质感贴近火山岩，隐喻为古火山喷发所遗留下的几个熔岩礁石，搁置于大鹏半岛古火山地质公园中，与环境和谐共生。局部立面通过五种不规则窗的随机组合，表达出天然火山岩多孔疏松的特质，同时也能在室内形成丰富光影效果，并因此荣获多项建筑设计大奖。博物馆共设置了序厅、地球探秘厅、大鹏半岛厅、矿物厅、城市与地质环境厅、临时展厅共6大展厅和1个科普影视厅。大量采用多媒体、幻影成像、裸眼3D等声光电高科技手法，内容丰富，互动性强。其中，大鹏半岛厅是地质公园博物馆的核心展厅，以展示地质公园的古火山和海岸地貌科普知识为主要展示内容。深圳展区通过展示深圳地区的岩石和矿产标本，介绍了深圳地区的地质特点。融地形沙盘、投影屏幕、触摸屏和灯光定位技术于一体的大鹏半岛电子互动沙盘，让观众通过亲自操作，直观认识大鹏半岛地貌格局、景观特点和著名景区分布。而地球探秘厅则以地球的形成、地球的结构和内外部地质作用以及地球的生物演化历史为主要展示内容，全方位动态展示了宇宙的诞生以及银河系、太阳系、地球的演化过程。海蚀窗造型内的多媒体影片和DNA双螺旋链详细演示了海洋形成及生命起源于海洋的过程，澄江动物群化石标本、不同阶段化石模型展示了远古生命演变形式及古生物世界。