Nachdem das Museum von 1986 bis 2013 unverändert Bestand hatte, wurden die Räumlichkeiten und Ausstellungen in der Winterperiode 2012/2013 vollkommen neu gestaltet. Herausgekommen ist nunmehr ein Museum, in dem die Originalfossilien der Solnhofener Erdgeschichte in einer Konzentration, Exklusivität und Qualität zusammenkommen, wie dies bislang einzigartig scheint. Die Ausstellung des Museums gliedern sich in die neue Abteilung "Paläozoo" im Erdgeschoss sowie die klassische Abteilung "Solnhofen - die Welt in Stein" im Obergeschoss.

Der Lebensraum des offenen Meeres beleuchten die großen Ichtyosaurier. In den Unterwasserwelten werden sowohl Korallenfische, Schildkröten, Meereskrokodile als auch Haie, Rochen und Chimären gezeigt. Die größte Fossilplatte ist der Solnhofener Fischleinflinz. Der Lebensraum Lagune besticht duch einzigartige Funde fossiler Medusen. Die Darstellung der Inselbiotope führt durch die Vegetation und die Welt der Insekten und inselbewohnenden Saurier. Am Schluss des Rundgangs befindet sich der "Ikonenraum": Die befiederten Raubdinosaurier und Urvögel, darunter zwei Originale des Archaeopteryx und verschiedene Flugsaurier, machen den Besuch des Palozoos zu einem unvergleichlichen Erlebnis.