かつて海の中にあった沼田町からは、約7000万年前の中生代白亜紀から役300万年前の新生代新第三紀の化石が見つかっており、沼田町化石体験館には、これら沼田町産の化石たちが所狭しとならんでいます。北海道の天然記念物指定を受けたヌマタネズミイルカをはじめ、全長約7メートルのヌマタナガスクジラ、小型のカイギュウ類であるヌマタカイギュウなどの多種多様な海生哺乳類の復元骨格の展示にくわえ、タカハシホタテの展示コーナーでは、実物化石をさわりながらタカハシホタテの形態や生態を知ることができます。展示は専門知識がなくても楽しめる内容で、「見て」「さわって」化石や古生物を学べます。
館内で販売している「ミニ発掘キット」は、化石体験館の化石たちが発見された約500万年前の地層の土を固めて作ったもので、本物の化石や鉱物をご家庭で発掘することができます。