古无脊椎动物包括原生动物、海绵动物、腔肠动物、腕足动物、软体动物、节肢动物、棘皮动物等门类。硕大的鸮头贝矗立在本展厅门口，象征着无脊椎动物的繁盛历史。展厅展示了一亿多年前地球上的繁荣景象，详尽讲述了古无脊椎动物兴盛衰亡的发展历史。大量热河生物群的古生物化石、特别是辽宁西部的带毛恐龙化石都会引起观众的浓厚兴趣。