พิพิธภัณฑ์ธรรมชาติวิทยา มหาวิทยาลัยขอนแก่น จัดแสดงนิทรรศการประวัติศาสตร์ทางธรรมชาติวิทยานับตั้งแต่การกำเนิดโลกสิ่งมีชีวิต ความหลากหลายทางชีวภาพ โดยผู้เข้าชมสามารถมีส่วนร่วมในการเรียนรู้และค้นหาคำตอบได้ด้วยตนเอง ผ่านชิ้นงานทางวิทยาศาสตร์และสื่อประสมที่สามารถโต้ตอบกับผู้เข้าชมได้ โดยเนื้อหาการจัดแสดงเน้นการนำเสนอข้อมูลทรัพยากรสำคัญที่พบในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ทั้งนี้มหาวิทยาลัยขอนแก่นสนองพระราชดำริ โครงการอนุรักษ์พันธุกรรมพืชอันเนื่องมาจากพระราชดำริฯ (อพ.สธ.) มาตั้งแต่ พ.ศ.2540 ได้รับพระมหากรุณาธิคุณจากสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินทรงเปิดพิพิธภัณฑ์ธรรมชาติวิทยา เมื่อวันพุธที่ 23 มีนาคม 2559พิพิธภัณฑ์ธรรมชาติวิทยา จัดตั้งขึ้นเพื่อเป็นแหล่งเรียนรู้ของเด็ก เยาวชน นักศึกษา และผู้ที่สนใจ ในภูมิภาคตะวันออกเฉียงเหนือ โดยได้รับความร่วมมือจากองค์การบริหารส่วนจังหวัดขอนแก่นสนับสนุนงบประมาณในการสร้างนิทรรศการเฉลิมพระเกียรติสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี และองค์การพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์แห่งชาติ (อพวช.) ในการจัดแสดงนิทรรศการส่วน Taxidermy (ศิลปะการคงรูปสัตว์ให้เหมือนมีชีวิต) รวมทั้งได้รับความร่วมมือจากนักวิจัย นักวิชาการของมหาวิทยาลัยขอนแก่น ในการระดมสมองและพืชพันธุ์ไม้สำคัญของภาคตะวันออกเฉียงเหนือ นำมาจัดแสดงอาคารพิพิธภัณฑ์ มี2ชั้น แบ่งได้ 9โซน ได้แก่

โซนเอโถงต้อนรับและประชาสัมพันธ์

โซนบีแสดงนิทรรศการเฉลิมพระเกียรติสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี และกิจกรรมของโครงการอนุรักษ์พันธุกรรมพืชฯ หรือ อพ.สธ.

โซนซีแสดงงานวิจัยของมหาวิทยาลัยขอนแก่น ภายใต้ชุดโครงการ อพ.สธ.- มข. ส่วนใหญ่เป็นงานวิจัยความหลากหลายของทรัพยากร พืช สัตว์ จุลินทรีย์ และการนำไปใช้ประโยชน์ มีงานวิจัยเด่นคือเรื่องเห็ดเรืองแสง

โซนดีแสดงการกำเนิดสุริยจักรวาล ระบบสุริยะ และการกำเนิดของโลก

โซนอีแสดงวิวัฒนาการของภาคอีสาน เช่น การเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลก การยกตัวของพื้นดินขึ้นจากทะเล การเกิดภูเขาเพชรบูรณ์ ดงพญาเย็น และพนมดงรัก การเป็นถิ่นที่อยู่อาศัยของไดโนเสาร์ และการจัดแสดงหินมีค่า สินแร่ ที่สำคัญในภาคอีสาน

โซนเอฟแสดงระบบนิเวศและสังคมป่าแบบต่าง ๆ ที่พบในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ได้แก่ ป่าบุ่งป่าทามที่ราบ ป่าเต็งรัง ป่าเบญจพรรณ ป่าดิบแล้ง และป่าสนเขา โซนนิทรรศการหมุนเวียน นำเสนอผลงานวิจัยเด่นๆ ได้แก่ งานวิจัยอนุกรมวิธานพืช เรื่องพรรณพฤกษชาติของประเทศไทย งานวิจัยไรน้ำนางฟ้า ที่พบในประเทศไทย งานวิจัยเห็ดป่าเมืองไทย : ความหลากหลายและการใช้ประโยชน์ งานวิจัยพืชสมุนไพรและการใช้ประโยชน์
โซนจีเปิดโลกมหัศจรรย์ของสิ่งมีชีวิต

โซนเอชสถาปัตยกรรมธรรมชาติ
โซนไอดุลยภาพระหว่างมนุษย์กับธรรมชาติ ห้องปฏิบัติการนักชีววิทยาน้อย และศูนย์ข้อมูลลายพิมพ์