一层展厅是北疆博物院陈列室，是由法国永和营造公司设计建造，展示内容包括地质学、古生物学、史前学和人种学。
北疆博物院收藏的哺乳动物化石在中国新生代地层哺乳动物化石研究中具有举足轻重的作用。展厅内展出的古哺乳化石数量达5000余件。
展厅内展出的石器部分展品涵盖了桑志华在1920年至1935年间于辽宁、甘肃、内蒙、宁夏等地采集的古人类化石模型、旧石器、新石器及各类文化遗物等共计392件。
在北疆博物院北楼，看到的是以文字和图片组成的展览。字里行间及泛黄的影像资料是桑志华创建北疆博物院及其科考缩影。
