Die Ausstellung des Naturkundemuseums im ehemaligen Marstall von Schloß Neuhaus - in direkter Nachbarschaft zum Historischen Museum - befasst sich insbesondere mit der Natur des heimischen Raumes.

Ein großes Reliefmodell zeigt plastisch die geographische Lage und die charakteristischen Merkmale der Landschaften um Paderborn (Eggegebirge, Senne, Lippeniederung, Delbrücker Land, Hellwegbörde, Paderborner Hochfläche). Auf anschauliche Weise werden typische Lebensräume, wie z.B. Wälder, Heiden oder Feuchtgebiete mit ihren jeweils charakteristischen Pflanzen und Tieren vorgestellt. Darüber hinaus wird auf die Themen Bodenlebewesen, Höhlenbewohner und Tierwanderungen eingegangen.

Beim Hinaufsteigen in das Obergeschoss unternimmt man symbolisch eine Reise durch die Erdzeitalter, bevor man die geologische Abteilung betritt. Die ausgestellten Mineralien, Gesteine und Fossilien stammen überwiegend aus der Kreide- und der Eiszeit, denn diese Erdzeitalter haben die hiesige Region vornehmlich geprägt.

Das Besondere am Paderborner Naturkundemuseum sind die zahlreichen Möglichkeiten, selbst aktiv zu werden. So müssen z.B. erst Klappen geöffnet werden, um bestimmte Informationen oder Objekte zu finden. Manche Exponate kann man anfassen, andere wiederum lassen sich mit Hilfe von Lupen oder Mikroskopen aus ganz ungewohnter Nähe betrachten. In den Aquarien findet man einheimische Fische aus Tümpeln und Teichen. Ein Beobachtungs-Bienenstock ermöglicht es, den Bienen bei ihrer Arbeit zuzuschauen.

Verschiedene museumspädagogische Bögen (Rallye, Quiz etc.) sind kostenlos bei der Aufsicht erhältlich, teilweise auch in englischer Sprache.