博物馆位于汤山山体北麓，汤山国家地质公园核心区，紧邻老宁杭公路和猿人洞景区，于2014年8月10日建成开馆，占地面积约为137330平方米，建筑面积约25700平方米，展陈面积约5500平米，库房面积约1060平方米。博物馆依托汤山国家地质公园优越的地质资源和深厚的历史文化底蕴，立足于地学研究、科普教育、文化旅游三大功能定位，以展示汤山古生物、古人类和地质运动三大核心资源为目标，现对外开放有“地层天书—南京6亿年生物演化”、“洞天福地—汤山百万年环境变迁”、“人类密码—南京直立人身世之谜”、“文明之基—汤山温泉与文明演进”4个常设展厅，展示了化石、模型、标本、实物、复制品等丰富展品。