Fossilien können uns eine ganze Menge über die Geschichte der Erde erzählen. So begann das Leben auf der Erde vor etwa 3,6 Milliarden Jahren. Vor etwa 570 Millionen Jahren (Kambrium) traten die ersten Lebewesen auf, die ihren  Weichkörper mit Hartteilen stabilisierten. Die Hartteile blieben sehr gut erhalten und somit ist die Entwicklung des Lebens auf der Erde sehr gut überliefert. Die ersten Landpflanzen traten vor etwa 410 Millionen Jahren (Silur-Devon) auf, aus denen sich später große Kohlevorkommen bilden konnten. Die ersten Tiere, Amphibien, betraten im Devon das Land.

Ein erstes großes Aussterben verschiedener Tierarten, 90 % Meereslebewesen,  fand am Ende des Perms, vor etwa 250 Millionen Jahren statt. In der darauf folgenden Zeit (Mesozoikum) entwickelten sich ganz neue Tierarten, zu denen auch die Dinosaurier gehörten. Sie beherrschten  während der Jura- und Kreidezeit (200 bis 65 Millionen Jahre) die Erde. Nach dem Aussterben der Dinosaurier und vieler anderer Tierarten bekamen die Säugetiere ihre Chance, zu denen auch der Mensch gehört.

Baden Württemberg ist ein Eldorado für Fossilienfreunde. Gut 60 Millionen Jahre lang lag diese Region im Erdmittelalter (Mesozoikum)unter einem tropischen Meer. Etliche Belemniten (Donnerkeile) und Ammoniten aus Jura und Trias sind auch in unseren Schaukästen zu sehen. Prähistorische Fundstellen gibt es fast überall, wo Gesteinsschichten oder Sedimentablagerungen zutage treten.

Fossilienfunde in unmittelbarer Nähe
In einer ehemaligen Tongrube bei Rauenberg „Fossilien-Fundstätte-Unterfeld“ kam in der Grabungssaison 2010 ein besonders schönes Fossil zum Vorschein. Es handelt sich um die versteinerten Überreste eines Insekts, vielleicht einer Biene oder einer Libellen-Larve, wie Harald Oechsler, ehrenamtlicher Fossiliensucher, vermutet. Sensationell waren vor allem die rund 30 Millionen alten Überreste der Urzeit Kolibris, die vor einigen Jahren in der Grube entdeckt wurden. Einige Funde können hier im Museum besichtigt werden.

Als das Eiszeitalter vor ca. 2,4 Millionen Jahren begann, waren die Dinosaurier schon lange ausgestorben. Grosse Teile Europas, Asien und Amerikas waren von Eis und Schnee bedeckt. Das Eiszeitalter dauerte viele tausend Jahre und endete vor 10 000 Jahren. Allerdings gab es in diesem Zeitraum immer wieder Warmzeiten, die manchmal mehrere tausend Jahre andauerten.
Die Klimaschwankungen des Eiszeitalters hatten erhebliche Auswirkungen auf Fauna und Flora ihrer Zeit. Mit den Abkühlungen und Wiedererwärmungen wurden die dem entsprechenden Klima angepassten Lebewesen zu einer Verlagerung ihrer Lebensräume gezwungen. Zahlreiche Tier- und Pflanzenarten starben aus. Charakterisch für das Eiszeitalter waren Mammuts, Mastodonten, Riesenhirsch, Auerochse, Säbelzahnkatzen und Höhlenbären.

Auch lebten Homo heidelbergensis, Neandertaler und Homo sapiens während der Kaltzeiten in Europa. In der Nähe von Wiesloch, bei Mauer, wurde der Unterkiefer von einem der ältesten Menschen entdeckt. Er wird in der Universität Heidelberg aufbewahrt und hat daher den Namen "Homo heidelbergensis".

Prähistorische Funde, wie Mammutzähne und Tierskelette, aus den örtlichen Kiesgruben geben anschaulich Zeugnis aus dieser Zeit.
Eine große Zeittafel lässt Lebensräume von Pflanzen, Tieren und Menschen in den verschiedenen Erdzeitaltern überblicken.